乙醇的體積能量密度（6.7kWh/L）是氫氣（1.3kWh/L）的五倍，可以用作燃料電池更安全的發(fā)電燃料。特別是在巴西，該國以可再生方式從甘蔗中生產(chǎn)低成本乙醇，因此對研發(fā)乙醇燃料電池有極大的興趣。理論上講，乙醇燃料電池的效率可以達(dá)到96％，但實(shí)際上，由于各種原因的限制，即使在最大功率密度下，它的效率也僅能達(dá)到30％。因此，其中還有很大的提升空間。

據(jù)外媒報道，巴西核能研究所（IPEN）、德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心（HZB）和加拿大國家農(nóng)業(yè)研究所（INRA）的研究人員，開發(fā)了一種可用于直接乙醇燃料電池的新型復(fù)合膜。

含納米粒子的全氟磺酸膜（Nafion）

由巴西IPEN研究所的BrunoMatos博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正在研究可應(yīng)用于直接乙醇燃料電池的新型復(fù)合膜。一種有潛力的解決方案是合成新的高分子復(fù)合電解質(zhì)材料，以替代目前最先進(jìn)的聚合物電解質(zhì)，如全氟磺酸膜（Nafion）。Matos和他的團(tuán)隊使用熔融擠出工藝生產(chǎn)出了添加鈦酸鹽納米顆粒的全氟磺酸（Nafion）復(fù)合膜，其中納米顆粒已被磺酸基團(tuán)官能化。

Matos及其團(tuán)隊利用熔融擠壓工藝，制備Nafion和磺酸基功能化鈦酸納米管復(fù)合膜，用于直接乙醇燃料電池的測試。在HZB中心BESSYII同步輻射源的幫助下，他們能夠詳細(xì)觀察Nafion基質(zhì)中的納米顆粒是如何分布的，以及它們?nèi)绾螏椭岣哔|(zhì)子導(dǎo)電性。

使用BESSYII進(jìn)行紅外表征

Matos的團(tuán)隊在BESSYII上運(yùn)行紅外引發(fā)同步加速器（IRIS,InfrarotinitiativeSynchrotronstrahlung）產(chǎn)生紅外光束，對四種成分不同的全氟磺酸（Nafion）復(fù)合膜進(jìn)行了徹底的分析。小角度X射線散射（small-angleX-rayscattering）測量結(jié)果證實(shí)，鈦顆粒與全氟磺酸膜（Nafion）的離聚物基體具有協(xié)同作用。

提高質(zhì)子傳導(dǎo)率

他們使用紅外光譜觀察到，在官能化的納米顆粒與磺酸基團(tuán)之間形成了化學(xué)橋。此外，通過跟蹤質(zhì)子沿著離子簇的運(yùn)動軌跡，他們發(fā)現(xiàn)即使在高濃度的納米顆粒下，復(fù)合膜中質(zhì)子傳導(dǎo)率均有所提升。他們使用紅外光譜觀察到，在官能化的納米顆粒與磺酸基團(tuán)之間形成了化學(xué)橋。此外，通過跟蹤質(zhì)子沿著離子簇的運(yùn)動軌跡，他們發(fā)現(xiàn)即使在高濃度的納米顆粒下，復(fù)合膜中質(zhì)子傳導(dǎo)率均有所提升。

熔融擠出工藝的優(yōu)勢。

Matos指出：“這種復(fù)合膜可以通過熔融擠出加工成型，從而利于其工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。”環(huán)球科學(xué)