陰離子交換膜水電解槽(AEMWE)有望結(jié)合液體堿性電池和PEM技術(shù)的優(yōu)勢，提供更高純度的氫氣生產(chǎn)，提高效率和動態(tài)性能。然而，AEM系統(tǒng)面臨著顯著的挑戰(zhàn)，特別是在提高離子導(dǎo)電性和膜的穩(wěn)定性方面。特別是，AEMs的堿性化學(xué)穩(wěn)定性是最大的問題之一，因為它可以使用高堿性溶液作為電解質(zhì)。為了克服這些問題，在這項工作中，選擇的策略是在膜的聚合物基質(zhì)中簡單地添加無機填料。使用改進的Hummers方法合成了不同數(shù)量的氧化石墨烯(GO)，并將其摻入基于Fumion的膜中。所得到的AEMs表現(xiàn)出更好的吸水性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性，并且在添加適量填料的情況下，電導(dǎo)率也有所提高。特別是，所有復(fù)合膜在80℃、6 M KOH中浸泡170 h后，失重和電化學(xué)損失都有所減少。在計時電流測試中，含有3%氧化石墨烯(wt%)的Fumion-GO AEM的電導(dǎo)率有所提高，在2 V和60℃下的電流密度高于1 A /cm
2。
圖1. 合成的GO在不同倍率(a) 200 K X和(b) 100 K X下的SEM顯微圖和EDX分析表。
圖2. (a)氧化石墨烯的ATR-FTIR譜。(b)氧化石墨烯的拉曼光譜。
圖3. Fuion Recast(左)和7%氧化石墨烯(右)制備膜的圖像。
圖4. 原始Fumion Recast與復(fù)合膜的掃描電鏡顯微照片。
圖5. TGA和氧化石墨烯與所研究膜的曲線的導(dǎo)數(shù)。下圖中的黑線對應(yīng)于Fumion Recast模導(dǎo)數(shù)峰(實線)和復(fù)合膜導(dǎo)數(shù)峰(虛線)。加熱速率為10℃/min。
圖6. 在30-60℃溫度范圍內(nèi)通過平面電導(dǎo)率的比較。
圖7. 復(fù)合膜的極化曲線與Fumion Recast的極化曲線比較，所有樣品在60℃下掃描速率為5 mV/s時使用線性掃描伏安法。
圖8. 將復(fù)合膜與原始的Fumion Recast進行計時電流測試，并列出每個膜的電流密度下降表。
相關(guān)研究成果由羅馬大學(xué)化學(xué)系Nicholas Carboni 等人于2024年發(fā)表在Electrochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2024.144090 )上。原文：Composite anion exchange membranes based on graphene oxide for water electrolyzer applications
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
