ເມມເບຣນ PEM ຮຸ່ນຖັດໄປ: ການເກີນຄວາມຫຼຸມຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງຄວາມເປັນຕົວນຳໄຟຟ້າ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງ

ຂໍ້ຈຳກັດຂອງ PEM ຢືນຢູ່ໃນ Nafion: ການຂະຫຍາຍຕົວ, ການເສື່ອມສະພາບທາງເຄມີ, ແລະ ປະສິດທິພາບໃນອຸນຫະພູມຕ່ຳ

ເຍື່ອ PFSA, ລວມທັງ Nafion ທີ່ຮູ້ຈັກດີ, ຍັງຄົງຖືວ່າເປັນມາດຕະຖານຂອງອຸດສາຫະກຳສຳລັບເຊວເຟີວເຊວເຟີວ PEM ເຖິງແມ່ນວ່າຈະມີບັນຫາທີ່ຮ້າຍແຮງບາງຢ່າງເກີດຈາກທຳມະຊາດຂອງມັນທີ່ເປັນ perfluorinated. ເມື່ອວັດຖຸເຫຼົ່ານີ້ດູດຊຶມນ້ຳ, ມັນຈະບວມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ໂດຍທົ່ວໄປປະມານ 30% ຂອງຂະໜາດ ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເຄັ່ງເຄັດທາງກົກາຍ ສົ່ງຜົນໃຫ້ເກີດບັນຫາຕ່າງໆ ເຊັ່ນ: ການເຄື່ອນທີ່ທີ່ບໍ່ສາມາດກັບຄືນໄດ້ (irreversible creep) ແລະ ຊັ້ນຕ່າງໆ ຢູ່ຫ່າງອອກຈາກກັນ. ໃນເວລາດຽວກັນນີ້, ການສຳລີ່ເສື່ອມທາງເຄມີກໍເກີດຂຶ້ນເມື່ອ radical ປະທຸດຕໍ່ສ່ວນຂ້າງຂອງ polymer. radical ເຫຼົ່ານີ້ເກີດຈາກ hydrogen peroxide ທີ່ສຳລີ່ເສື່ອມ ແລະ ສ້າງບັນຫາຕ່າງໆ ເຊັ່ນ: ການເກີດຮູເລັກໆ, ວັດຖຸບາງລົງ, ແລະ ສຸດທ້າຍການລົ້ມສະລາຍຂອງເຍື່ອຢ່າງສົ້ນສະຫຼາດ. ອຸນຫະພູມກໍເປັນບັນຫາໃຫຍ່ອີກດ້ານໜຶ່ງ. ພາຍໃຕ້ຈຸດເຢືອກເຢັນ, ຊ່ອງທາງຂອງນ້ຳຈະເຢືອກແລະຂັດຂວາງການເຄື່ອນທີ່ຂອງ proton. ເມື່ອເກີນ 80 ອົງສາເຊີເລິຍດ, ເຍື່ອຈະແຫ້ງເກີນໄປ ເຮັດໃຫ້ເຄືອຂ່າຍ ion ຂອງມັນຫຼຸດລົງ ແລະ ເຮັດໃຫ້ຂະບວນການເສື່ອມເສີນເກີດຂຶ້ນໄວຂຶ້ນ. ການພະຍາຍາມຍົກສູງຄວາມນຳໄຟຟ້າມັກຈະກົງກັນຂ້າມຢ່າງຮ້າຍແຮງ. ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ: ການຍົກສູງຄວາມສາມາດໃນການແລກປ່ຽນ ion ມັກຈະເຮັດໃຫ້ການບວມເກີດຂຶ້ນຮຸນແຮງຂຶ້ນຫຼາຍກວ່າ 40%, ເຮັດໃຫ້ການຮັກສາດຸລິຍະພາບລະຫວ່າງຄວາມນຳໄຟຟ້າທີ່ດີ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງໃນໄລຍະຍາວຍາກຂຶ້ນອີກ. ເນື່ອງຈາກບັນຫາທັງໝົດເຫຼົ່ານີ້, ນັກຄົ້ນຄວ້າກຳລັງເຮັດວຽກຢ່າງເປັນທີມເພື່ອພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີເຍື່ອໃໝ່ທີ່ສາມາດແຍກຄວາມເຄື່ອນທີ່ຂອງ proton ທີ່ສູງອອກຈາກຈຸດອ່ອນທາງໂຄງສ້າງ.

ເຮີດຣອກາບອນ, ຄອມໂປສິດ, ແລະ ອານຽນ-ເອັກຊ່ານຈ໌ ຮີບຣິດ: ປັບປຸງ IEC, ຄວາມສະຖຽນຕາມມິຕິ, ແລະ ປະສິດທິພາບດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ

ນັກວິທະຍາສາດທີ່ເຮັດວຽກກ່ຽວກັບຂອບເຂດຂອງ PFSA ໄດ້ພັດທະນາວິທີການຫຼັກສາມຢ່າງເພື່ອສ້າງວັດຖຸທີ່ດີຂຶ້ນ: ພອລີເມີທີ່ເປັນ hydrocarbon ທີ່ຖືກ sulfonated, ການປະສົມປະສານລະຫວ່າງອິນອອກແກນ-ພອລີເມີ, ແລະ ເມັມເບຣນປະເພດ hybrid ຂອງ anion-cation. ວິທີແຕ່ລະຢ່າງມີຈຸດປະໝາຍເພື່ອປັບປຸງຄວາມສາມາດໃນການແລກປ່ຽນໄອອນ, ຮັກສາມິຕິທີ່ເສຖຽນ, ແລະ ລົດລາຄາໃຫ້ຕ່ຳລົງໂດຍບໍ່ເສຍຄຸນສົມບັດ. ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ: SPEEK ແລະ ພອລີເມີ aromatic hydrocarbon ອື່ນໆທີ່ຄ້າຍຄືກັນ. ວັດຖຸເຫຼົ່ານີ້ມີໂຄງສ້າງຂອງສ່ວນຫຼັກທີ່ແຂງແຮງ, ເຊິ່ງຊ່ວຍຄວບຄຸມການບວມໄວ້ໃຕ້ 15%, ນີ້ເທົ່າກັບປະມານຄື່ງໜຶ່ງຂອງທີ່ເກີດຂຶ້ນກັບ Nafion, ແຕ່ຍັງຮັກສາຄວາມສາມາດໃນການນຳສົ່ງ proton ໃນລະດັບທີ່ດີຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມປະມານ 80 ອົງສາເຊີເລີອດ. ອີກທາງເລືອກໜຶ່ງແມ່ນເມັມເບຣນປະເພດ composite ທີ່ເຮັດດ້ວຍການປະສົມເຂົ້າກັບເມັດສານ silica ຫຼື zirconium phosphate ຈຳນວນນ້ອຍເຂົ້າກັບພອລີເມີເປັນເບື້ອງຕົ້ນ. ວິທີນີ້ເຮັດໃຫ້ໂຄງສ້າງຂອງວັດຖຸແຂງແຮງຂຶ້ນ ແລະ ຮັກສາເສັ້ນທາງທີ່ສຳຄັນສຳລັບການນຳສົ່ງ proton ໄວ້ເປີດຢູ່ເຖິງແມ່ນວ່າຄວາມຊື້ນຈະຫຼຸດລົງກໍຕາມ. ສຸດທ້າຍ, ມີເມັມເບຣນປະເພດ hybrid ທີ່ປະສົມປະສານລະຫວ່າງ cation quaternary ammonium ແລະ ກຸ່ມ sulfonic acid. ເມັມເບຣນເຫຼົ່ານີ້ອະນຸຍາດໃຫ້ເກີດການນຳສົ່ງທີ່ມີສອງຮູບແບບ, ແລະ ສາມາດຮັກສາ IEC ໃນລະດັບປະມານ 60% ຫຼັງຈາກຜ່ານການເປີດ-ປິດ (drying-wetting) ຈຳນວນຫຼາຍວົງຈອນ. ໂດຍລວມ, ວັດຖຸໃໝ່ເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍຫຼຸດລາຄາການຜະລິດລົງປະມານ 30% ຫາ 55% ເມື່ອທຽບກັບວັດຖຸທີ່ເປັນ fluorinated ດັ້ງເດີມ, ພ້ອມທັງເຮັດວຽກໄດ້ດີໃນອຸນຫະພູມສູງ. ຈາກຕາຕະລາງເປີຽບเทັຽບທີ່ຢູ່ທີ່ນີ້ ສາມແນວຄິດອອກແບບທັງໝົດນີ້ເຮັດໃຫ້ມີຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການບວມ ແລະ ການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມດີກວ່າ PFSA, ແລະ ມີຄວາມໝັ້ນຄົງທີ່ດີຂຶ້ນເຖິງ 25% ເມື່ອທຽບກັບມາດຕະຖານອຸດສາຫະກຳ.

ການຜະລິດຂັ້ນສູງສຳລັບໂຄງສ້າງ PEM ທີ່ມີຄວາມຖືກຕ້ອງ: ການສັນທະນາດ້ວຍໄຟຟ້າ, ການຕິດຕັ້ງດ້ວຍຮັງສີ, ແລະ ການຫຼໍ່ເປັນຊັ້ນບາງ

ເຕັກນິກການຜະລິດໃຫມ່ໆ ເຮັດໃຫ້ນັກຄົ້ນຄວ້າສາມາດຄວບຄຸມທັງໃນລະດັບອາໂຕມ ແລະ ໄມໂຄຣສະກອບ ໃນເວລາສ້າງໂຄງສ້າງແສງສະຫວ່າງ, ປ່ຽນເອເລັກໂຕຣລິດທໍາມະດາໃຫ້ກາຍເປັນສ່ວນປະກອບທີ່ສະຫຼາດ ແລະ ມີຫຼາຍຈຸດປະສົງ. ຍົກຕົວຢ່າງ electrospinning ມັນສ້າງ mat fibrous ທີ່ເຮັດຈາກ nanofibers ບ່ອນທີ່ protons ສາມາດເດີນທາງຜ່ານຊ່ອງທາງທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນ ຜົນໄດ້ຮັບ? ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ຮັກສາຄວາມສາມາດນໍາສົ່ງປະມານ 0.15 S/cm ເຖິງແມ່ນວ່າຄວາມຊຸ່ມລົງພຽງ 30% ເທົ່ານັ້ນ ຊຶ່ງເປັນຕົວຈິງແລ້ວ ແມ່ນສອງເທົ່າຂອງສິ່ງທີ່ພວກເຮົາເຫັນໃນຝາຜະ ຫນັງ PFSA ທີ່ຖືກຖ່າຍແບບດັ້ງເດີມ ໃນເງື່ອນໄຂທີ່ຄ້າຍຄືກັນ. ຫຼັງຈາກນັ້ນກໍມີການສັກແສງສະຫວ່າງ, ວິທີທີ່ຊ່ວຍໃຫ້ນັກວິທະຍາສາດ ສາມາດຕິດກຸ່ມເຄມີສະເພາະ ໃສ່ໂພລີເມວທີ່ບໍ່ມີປະສິດທິພາບ ເຊັ່ນ ETFE ຫຼື PVDF ໂດຍບໍ່ຕ້ອງທໍາລາຍໂຄງສ້າງຕົ້ນຕໍຂອງມັນ. ນີ້ຮັກສາຄວາມແຂງແຮງຂອງວັດສະດຸໃນຂະນະທີ່ຮັບປະກັນວ່າຄຸນສົມບັດເຄມີທີ່ ສໍາ ຄັນເຫຼົ່ານີ້ຖືກແຈກຢາຍຢ່າງທຽບເທົ່າໃນທົ່ວ. ການຜະລິດຮູບເງົາອ່ອນໄປອີກບາດກ້າວນຶ່ງ ໂດຍຜະລິດຝາຜະ ຫນັງ ທີ່ອ່ອນກວ່າ 10 ມິກຣອມແມັດ ດ້ວຍຄວາມຕ້ານທານຕ່ໍາຢ່າງບໍ່ຫນ້າເຊື່ອຕໍ່ໄອອອນທີ່ຜ່ານໄປຜ່ານພວກມັນ ນັ້ນຫມາຍຄວາມວ່າ ພະລັງງານຫນ້ອຍລົງຈະຖືກສູນເສຍເປັນຄວາມຮ້ອນ ດັ່ງນັ້ນຜົນຜະລິດພະລັງງານລວມຈະເພີ່ມຂຶ້ນ ແຕ່ສິ່ງທີ່ເຮັດໃຫ້ວິທີການເຫຼົ່ານີ້ໂດດເດັ່ນແມ່ນສິ່ງທີ່ເອີ້ນວ່າ in situ crosslinking. ເມື່ອເຮັດໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ casting ຫຼືຕໍ່ມາ, ນີ້ສ້າງສາຍພົວພັນທາງເຄມີທີ່ແຂງແຮງລະຫວ່າງສາຍ polymer. ການທົດສອບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສິ່ງນີ້ຫຼຸດຜ່ອນບັນຫາການອັກເສບປະມານ 70% ແລະຕັດການລະລາຍທີ່ເກີດຈາກຮິດອິດສະຫຼະໂດຍເກືອບ 90%. ບາງຍຸດທະສາດການຜະລິດທີ່ກ້າວຫນ້າເຫຼົ່ານີ້ ແມ່ນອະນຸຍາດໃຫ້ມີການອອກແບບ gradient ບ່ອນທີ່ຊັ້ນຕ່າງໆຕອບສະ ຫນອງ ຢ່າງແຕກຕ່າງກັນຕໍ່ການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ, ຊ່ວຍໃນການຄຸ້ມຄອງເນື້ອໃນນ້ ໍາ ຢ່າງໄຮ້ແຮງພາຍໃນລະບົບ. ເບິ່ງການທົດສອບໃນໂລກທີ່ແທ້ຈິງ, ການປະສົມປະສານສະເພາະຂອງຊິລິກາກະສິກອນ electrospun ແລະ SPEEK ໄດ້ແກ່ຍາວເປັນເວລາ 8,000 ຊົ່ວໂມງຂອງການເຮັດວຽກທີ່ ຫນ້າ ປະທັບໃຈກ່ອນທີ່ຈະສະແດງອາການຂອງການຂູດຊືມທີ່ເກີນຈຸດປະສົງ 6,000 ຊົ່ວໂມງທີ່ ກໍາ ນົດໂດຍກະຊວງພະລັງງານສະຫະລັດ ສໍາ ລັບ ຄໍາ ຮ້ອງສະ ຫມ

ນະວາດົມກະຕາລິກສຳລັບເຊວເຊວເພີ້ມເຟີວເຊວ: ລົດຕ່ຳຄວາມຕ້ອງການປະຕີເຊຍຽມ

ເຄື່ອງກະຕາລິກ PGM ທີ່ຖືກເຮັດໃຫ້ມີປະສິດທິພາບ: ການປະສົມ, ໂຄງສ້າງນາໂນແບບ Core–Shell, ແລະ ຄວາມຕ້ານທານ CO ທີ່ດີຂຶ້ນ

ເຖິງແມ່ນວ່າຈະມີການຄົ້ນຄວ້າຫຼາຍດ້ານທີ່ກຳລັງດຳເນີນຢູ່, ຕົວເຮັງທີ່ປະກອບດ້ວຍເຄື່ອງປະກອບພູ່ມີຕົວເລືອກພູ່ທີ່ມີຄວາມສຳຄັນ (PGM) ຍັງຄົງເປັນສິ່ງທີ່ຈຳເປັນຫຼາຍໃນການເຮັດໃຫ້ປະຕິກິລິຍາການຫຼຸດລົງຂອງອີກຊີເຈັນ (ORR) ເຮັດວຽກໄດ້ຢ່າງຖືກຕ້ອງໃນສະພາບແວດລ້ອມ PEM ທີ່ມີຄວາມເປັນເປັນອັດຊີດ. ແຕ່ເຮົາຕ້ອງຮັບຮູ້ວ່າ, ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ມີຂໍ້ເສຍທີ່ຮ້າຍແຮງ - ມັນມີລາຄາແພງ ແລະ ບໍ່ມີຢູ່ໃນປະລິມານທີ່ພໍສົມຄວນ, ຈຶ່ງເປັນເຫດຜົນທີ່ມີຄວາມພະຍາຍາມຫຼາຍເທົ່າໃດໃນການເຮັດໃຫ້ມັນມີປະສິດທິພາບສູງສຸດ. ເມື່ອນັກຄົ້ນຄວ້າປະສົມເປົ້າຕີນກັບເຄື່ອງປະກອບທີ່ເປັນອາຍຸທີ່ເປັນຕົວເລືອກອື່ນໆເຊັ່ນ: ໂຄບາລ໌, ນິກເກີລ໌ ຫຼື ໂທນເຊີ, ສິ່ງທີ່ນ່າສົນໃຈຈະເກີດຂຶ້ນໃນລະດັບອາຕົມ: ວິທີການຈັດເລືອງອີເລັກໂຕຣນຈະປ່ຽນແປງ ແລະ ມີຜົນກະທົບຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງໃນເຄື່ອງປະກອບ (lattice strain effect) ທີ່ເຮັດໃຫ້ຕົວເຮັງມີປະສິດທິພາບສູງຂຶ້ນຕໍ່ເນື້ອທີ່ໜຶ່ງໆ. ນອກຈາກນີ້, ພວກເຮົາສາມາດຫຼຸດຜ່ອນປະລິມານເປົ້າຕີນທີ່ໃຊ້ລົງໄດ້ເຖິງຮ້ອຍລະ 50 ໂດຍບໍ່ເສຍປະສິດທິພາບໃນການຜະລິດຄ່າຄວາມຕ້ານທີ່ເປັນໄປໄດ້. ບາງບຸກຄົນທີ່ມີຄວາມຄິດສ້າງສັນໄດ້ພັດທະນາໂຄງສ້າງນາໂນທີ່ມີຮູບແບບ core-shell ເຫຼົ່ານີ້ອີກດ້ວຍ. ໂດຍພື້ນຖານແລ້ວ, ພວກເຂົາເອົາສ່ວນໃຈກາງ (core) ທີ່ບໍ່ມີ PGM ເຊັ່ນ: ປາລາດຽມ ຫຼື ນິກເກີລ໌ ແລ້ວຫຸ້ມດ້ວຍຊັ້ນທີ່ບາງຫຼາຍຂອງອາຕົມເປົ້າຕີນ. ລະບົບນີ້ເຮັດໃຫ້ການນຳໃຊ້ເປົ້າຕີນທີ່ມີຄຸນຄ່າສູງສຸດ ແລະ ສະເໜີໜ້າທີ່ທີ່ມີຄວາມເປັນປະຕິກິລິຍາສູງ (111) ຂອງຜົງຄຣິສຕັນ. ອີກຈຸດດີໜຶ່ງ? ຕົວເຮັງທີ່ຖືກປັບປຸງເຫຼົ່ານີ້ຈັດການກັບກາຊີຄາໂບນມອນອັກໄຊດ໌ (CO) ໄດ້ດີກວ່າຕົວເຮັງແບບດັ້ງເດີມຫຼາຍ. ເຖິງແມ່ນວ່າຈະຖືກສຳຜັດກັບ CO ໃນປະລິມານ 1,000 ສ່ວນຕໍ່ລ້ານ (ppm), ມັນຍັງຮັກສາປະສິດທິພາບເດີມໄວ້ໄດ້ຫຼາຍກວ່າ 85%, ເຊິ່ງເປັນສິ່ງທີ່ສຳຄັນຫຼາຍສຳລັບລະບົບທີ່ເຮັດວຽກດ້ວຍເຊື້ອເພີງທີ່ຖືກປຸງແຕ່ງໃໝ່. ຖ້າເບິ່ງເຖິງເຕັກໂນໂລຊີໃນປັດຈຸບັນ, ບາງສູດທີ່ທັນສະໄໝສາມາດບັນລຸປະສິດທິພາບຕໍ່ມວນນ້ຳ (mass activity) ສູງກວ່າ 0.5 A/mgPt ຢູ່ທີ່ຄ່າຄວາມຕ້ານທີ່ 0.9 ໂວນ, ສູງກວ່າເປົ້າໝາຍຂອງກະຊວງພະລັງງານສະຫະລັດ (DOE) ສຳລັບປີ 2025 (ເຊິ່ງກຳນົດໄວ້ທີ່ 0.44 A/mgPt) ແທ້ໆ. ແລະ ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ຍັງຄົງຮັກສາຄວາມໝັ້ນຄົງໄດ້ດີຢ່າງນ່າປະທັບໃຈໃນການທົດສອບໃຕ້ສະພາບການທີ່ເຄັ່ງຕຶງ, ມີອາຍຸການໃຊ້ງານໄດ້ເຖິງ 5,000 ຊົ່ວໂມງໃນສະພາບການທີ່ເຄັ່ງຕຶງຢ່າງໄວ (accelerated conditions) ໂດຍບໍ່ມີການເສື່ອມສະພາບທີ່ສຳຄັນ.

ຕົວເລື່ອນ PEM ທີ່ບໍ່ມີ PGM: Fe–N–C SACs, ຕົວເລື່ອນດູາລ໌-ອາຕອມ (DACs), ແລະ ມາດຕະຖານການປະສິດທິພາບ–ຄວາມໝັ້ນຄົງ

ເຄື່ອງກະຕຸ້ນອະນູດຽວຂອງທາດເຫຼັກ-ໄນໂຕຣເຈນ-ກາກບອນ, ເຊິ່ງເອີ້ນວ່າ Fe-N-C SACs, ແມ່ນຕົວເລືອກທີ່ບໍ່ມີ platinum ທີ່ດີທີ່ສຸດໃນປະຈຸບັນທີ່ມີຢູ່ໃນການຄ້າ. ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ເຮັດວຽກໂດຍການກະຈາຍອາໂຕມເຫຼັກໃນທົ່ວໂຄງສ້າງກາກບອນທີ່ມີ nitrogen doped, ເຊິ່ງຊ່ວຍໃຫ້ພວກມັນກະຕຸ້ນການປະຕິກິລິຍາການຫຼຸດຜ່ອນອົກຊີເຈນຢ່າງມີປະສິດທິພາບ. ພວກ ນັກ ຄົ້ນ ຄວ້າ ຍັງ ໄດ້ ມີ ຄວາມ ກ້າວ ຫນ້າ ໃນ ຫວ່າງ ມໍ່ໆ ມາ ນີ້ ກັບ ເຄື່ອງ ປັບ ປຸງ ທີ່ ໃຊ້ ອາ ໂຕມ ສອງ ໂຕ. ເມື່ອໂລຫະເຊັ່ນ: ເຫຼັກ ແລະ ໂກບອລທ໌ ຫຼື ມັງກອນ ແລະ ທອງແດງ ນັ່ງຢູ່ໃກ້ກັນໃນເຄື່ອງກະຕຸ້ນເຫຼົ່ານີ້, ພວກເຂົາສ້າງສະຖານທີ່ທີ່ມີປະສິດທິພາບພິເສດ ທີ່ຫຼຸດຜ່ອນພະລັງງານທີ່ຈໍາເປັນສໍາລັບປະຕິກິລິຍາຜ່ານຜົນກະທົບເອເລັກໂຕຣນິກປະສົມປະສານຂອງພວກເຂົາ. ເຖິງແມ່ນວ່າເຄື່ອງກະຕຸ້ນສອງອະນຸໂມດປະຕິບັດໄດ້ດີກວ່າປະມານ 20 ຫາ 30 ເປີເຊັນໃນທົດລອງຫ້ອງທົດລອງໂດຍໃຊ້ໄຟຟ້າແຜ່ນ ຫມູນ ວຽນ, ແຕ່ທັງສອງປະເພດແມ່ນສູ້ຊົນໃນສະພາບແວດລ້ອມແລກປ່ຽນໂປຣຕອນແຊກແຊມ. ກາກບອນມັກຈະຂູດຮູດເມື່ອຖືກເປີດເຜີຍກັບທ່າແຮງສູງໃນໄລຍະເວລາ, ແລະສ່ວນປະກອບໂລຫະສາມາດແຍກອອກຍ້ອນການໂຕ້ຕອບກັບໂປຣຕອນແລະການສູນເສຍໂມເລກຸນທີ່ເຊື່ອມໂຍງ. Fe-N-C SACs ໃນປະຈຸບັນສາມາດຈັດການພະລັງງານປະມານ 0.5 watt ຕໍ່ຊັງຕີແມັດມົນທົນໃນຈຸລັງ hydrogen-air ທີ່ເຮັດວຽກໃນ 80 ອົງສາເຊລຊີ, ແຕ່ວ່າມັນຍັງຢູ່ພາຍໃຕ້ເປົ້າຫມາຍການຄ້າຂອງ 0.8 watt ຕໍ່ຊັງຕີແມັດມົນທົນແລະພວກມັນແຕກຂຶ້ນໄວກວ່າ ເພື່ອປິດຊ່ອງຫວ່າງການປະຕິບັດງານນີ້ ພວກນັກວິທະຍາສາດກໍາລັງເຮັດວຽກເພື່ອເຮັດໃຫ້ການສະຫນັບສະຫນູນຄາບອນ ຫມັ້ນຄົງຂຶ້ນ ໂດຍໃຊ້ວິທີການເຊັ່ນ ການເຮັດຮູບພາບ ຫຼື ສ້າງພັນທະທາງເຄມີທີ່ແຂງແຮງຂຶ້ນ ລະຫວ່າງສ່ວນປະກອບຕ່າງໆ. ການທົດລອງທີ່ຜ່ານມາບາງຢ່າງໄດ້ບັນລຸຄວາມທົນທານທີ່ໃຊ້ເວລາ 1,200 ຊົ່ວໂມງໃນລະດັບການປະກອບແອນດຣອດແມມເບຣນ, ເຖິງແມ່ນວ່າຍັງມີພື້ນທີ່ໃນການປັບປຸງກ່ອນທີ່ເຄື່ອງກະຕຸ້ນເຫຼົ່ານີ້ຈະກາຍເປັນຕົວແທນທີ່ແທ້ຈິງ ສໍາ ລັບໂລຫະກຸ່ມ platinum.

ການອອກແບບລະບົບ PEM ທີ່ບູລະນາການ: ການອອກແບບຮ່ວມກັນຂອງເມືອງແລະຊັ້ນຕົວເຮັດປະຕິກິລິຍາ

ບັນຫາທີ່ເກີດຂຶ້ນທີ່ແຖວຊັ້ນຜິວ: ຄວາມຕ້ານທານຂອງການຂົນສົ່ງໂປຣຕອນ ແລະ ການຈັດຈຳຫນ່າຍໄອໂອນອາເມີ (Ionomer) ຢູ່ທີ່ແຖວຊັ້ນຜິວຂອງຊັ້ນຕົວເຮັດປະຕິກິລິຍາ–ເມືອງ

ເຂດທີ່ຕົວເຮັງປະຕິກິລິຍາປະສົບກັບເມືອງຢືນຕື່ມຍັງຄົງເປັນບ່ອນທີ່ມີບັນຫາຫຼາຍທີ່ສຸດໃນການຂາດປະສິດທິພາບຂອງເຊວເຊວໄຟຟູເອວ (PEM fuel cells). ນີ້ບໍ່ໄດ້ເກີດຈາກຄຸນສົມບັດທົ່ວໄປຂອງວັດສະດຸ, ແຕ່ເກີດຈາກບັນຫາຂະໜາດນ້ອຍທີ່ເກີດຂຶ້ນທີ່ເຂດຕິດຕໍ່ກັນເທົ່ານັ້ນ. ເມື່ອມີຊັ້ນໄອໂອໂນເມີ (ionomer) ຄຸມບໍ່ພໍເທົ່າທີ່ຈະຄຸມເຖິງເນື້ອທີ່ໝົດ ຫຼື ເມື່ອຄວາມໜາຂອງຊັ້ນຝິລມ໌ແຕກຕ່າງກັນ (ເປັນເວລາທີ່ຄວາມໜາຫຼຸດລົງຕ່ຳກວ່າ 5 nm ໃນບາງຈຸດ), ມັນຈະເຮັດໃຫ້ເສັ້ນທາງຂອງໂປຣຕອນຖືກຕັດຂັດ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ຄວາມຕ້ານທາງໄອໂອນເພີ່ມຂຶ້ນລະຫວ່າງ 15% ແລະ 40%, ແລະຍັງເຮັດໃຫ້ເກີດບັນຫາຕ່າງໆກັບການລົ້ນຜ່ານຂອງໄຟຟ້າຜ່ານລະບົບ. ສິ່ງທີ່ເກີດຂຶ້ນຕໍ່ໄປກໍເປັນອັນຕະລາຍຫຼາຍເຊັ່ນກັນ. ຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ມີຄວາມແຕກຕ່າງກັນໃນລະດັບຄວາມຊຸ່ມຊື້ນທົ່ວທັງເມືອງຢືນຕື່ມ ແລະ ເກີດເປັນຈຸດຮ້ອນ (hotspots) ໃນບ່ອນທີ່ເປັນເອກະລັກ. ໃນໄລຍະເວລາດົນນານ, ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ການສຳລີ່ສາກ (breakdown) ຂອງທັງໄອໂອໂນເມີ ແລະ ຕົວເຮັງປະຕິກິລິຍາເລີງໄວຂຶ້ນ. ການຈັດຕັ້ງທີ່ໃຊ້ກັນທົ່ວໄປສ່ວນຫຼາຍມີໄອໂອໂນເມີຫຼາຍເກີນໄປເມື່ອທຽບກັບຕົວເຮັງປະຕິກິລິຍາໃນອັດຕາສ່ວນປະສົມຂອງມັນ. ການມີເກີນນີ້ເຮັດໃຫ້ເກີດການອຸດຕັນໃນຮູຂະຫວາງ ແລະ ຈຳກັດການເຄື່ອນທີ່ຂອງອີກຊີເຈັນ. ການຄົ້ນຄວ້າເຮັດໃຫ້ເຫັນວ່າ, ການປັບອັດຕາສ່ວນ I/C ລົງເຖິງປະມານ 0.8 ເຖິງ 1.2 ໂດຍນ້ຳໜັກຈະເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ສຳຄັນ. ການຕິດຕໍ່ກັນລະຫວ່າງວັດສະດຸດີຂຶ້ນຢ່າງເປັນທີ່ສັງເກດເຫັນ, ການສູນເສຍທີ່ຄວາມໜາແຫນັ້ນຂອງໄຟຟ້າສູງຫຼຸດລົງປະມານ 22%, ແລະ ເມືອງຢືນຕື່ມຈະຢືນຍາວນານຂຶ້ນເນື່ອງຈາກວ່າມັນບໍ່ເກັບກັກຄວາມເຄັ່ງເຄີຍ (stress) ໃນເຂດຕິດຕໍ່ຫຼາຍເທົ່າໃດ.

ສະຖາປັດຕະຍາການ MEA ທີ່ກຳລັງເກີດຂຶ້ນ: ການບັນຈຸອິໂອນອມເມີ ແບ່ງຂັ້ນ, ການຂັດຂວາງຢູ່ໃນສະຖານທີ່, ແລະ ການບູລິມິດການປະສົມຂອງ PEM–ຄາຕາລິດ

ການປະສົມປະສານຂອງເມັມບຣັນ (MEAs) ລ່າສຸດແກ້ໄຂບັນຫາທີ່ເກີດຂື້ນທີ່ຈຸດຕິດຕໍ່ດ້ວຍການອອກແບບທັງໝົດເປັນໜຶ່ງໆ ຫນ່ວຍເຮັດວຽກເປັນພິເສດ ແທນທີ່ຈະເປັນສ່ວນຕ່າງໆ ແຍກກັນ. ດ້ວຍການຈັດສົ່ງໄອໂອໂນເມີ (ionomer) ທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຕາມລະດັບ, ພວກເຮົາຄວບຄຸມປະລິມານໄອໂອໂນເມີທີ່ຖືກຈັດສົ່ງໃສ່ຊັ້ນຕົວເຮັດປະຕິກິລິຍາທີ່ຂ້າງແຄໂທດ. ໃກ້ກັບດ້ານເມັມບຣັນ, ມີໄອໂອໂນເມີຫຼາຍຂື້ນເພື່ອຮັກສາການເຄື່ອນທີ່ຂອງໂປຣຕົນໃຫ້ດີ, ແຕ່ຢູ່ຫ່າງອອກໄປທີ່ດ້ານຊັ້ນການແຜ່ກະຈາຍອາກາດ (gas diffusion layer), ພວກເຮົາຫຼຸດປະລິມານລົງເພື່ອໃຫ້ອີກຊີເຈັນຍັງສາມາດຜ່ານໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ ແລະ ຮັກສາຄວາມຮ່ວມກັນ (porosity) ໄວ້ໃຫ້ດີ. ອີກວິທີໜຶ່ງທີ່ເປັນເລື່ອງນ່າສົນໃຈແມ່ນການເຊື່ອມຕໍ່ຂ້າມ (crosslinking) ທີ່ເກີດຂື້ນໃນເວລາທີ່ກຳລັງໃຊ້ສາຍທີ່ເຮັດດ້ວຍໄອໂອໂນເມີ (ink) ຫຼື ໃນເວລາທີ່ກົດຮ້ອນ (hot pressing). ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ເກີດພັນທະບາດເຄມີທີ່ແທ້ຈິງລະຫວ່າງສາຍຂອງໄອໂອໂນເມີ ແລະ ວັດຖຸທີ່ໃຊ້ເປັນທີ່ຢືນຕົວເຮັດປະຕິກິລິຍາ (catalyst support material), ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ທຸກສ່ວນຢູ່ດ້ວຍກັນໄດ້ດີຂື້ນ ໂດຍມີການປັບປຸງຄວາມແຂງແຮງທາງກາຍະພາບຂື້ນປະມານ 35% ໂດຍບໍ່ເຮັດໃຫ້ການຫຼືນຜ່ານຂອງອາກາດເສຍຫາຍ. ແຕ່ສິ່ງທີ່ເດັ່ນຊັດເຈັນທີ່ສຸດແມ່ນວິທີການທີ່ເຮັດໃຫ້ທຸກສ່ວນເປັນໜຶ່ງດຽວກັນ (monolithic integration approach). ແທນທີ່ຈະມີຊັ້ນຕ່າງໆ ແຍກກັນ, ນັກຄົ້ນຄວ້າເຕີບໂຕ ຫຼື ຝັງອະນຸພາກຂອງຕົວເຮັດປະຕິກິລິຍາ (catalyst nanoparticles) ໄປໃນຕົວແທນຂອງເມັມບຣັນ (PEM substrate) ເອງ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ເກີດການກຳຈັດຈຸດແຍກທາງຮ່າງກາຍລະຫວ່າງອົງປະກອບທັງໝົດອອກໄປຢ່າງສິ້ນເຊີງ, ລົດລາຄາຄວາມຕ້ານທາງທີ່ຈຸດຕິດຕໍ່ລົງ, ແລະ ສາມາດຈັດສົ່ງນ້ຳໄດ້ຢ່າງເທົ່າທຽມກັນ ແລະ ຈັດການກັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງ (stress management) ໄດ້ດີຂື້ນທົ່ວທັງລະບົບ. ຕົວຢ່າງທຳອິດ (early prototypes) ແສດງໃຫ້ເຫັນວ່າ MEAs ໃໝ່ເຫຼົ່ານີ້ສາມາດຜະລິດພະລັງງານໄດ້ຫຼາຍຂື້ນປະມານ 18% ໃນລະດັບສູງສຸດ ແລະ ພວກມັນຍັງຢູ່ລອດມາໄດ້ເຖິງ 500 ຊົ່ວໂມງໃນການທົດສອບທີ່ເຮັດໄດ້ຢ່າງໄວວ່າ (accelerated testing) ໂດຍທີ່ມີການຫຼຸດລົງຂອງປະສິດທິພາບຂອງຄວາມຕ່າງ»ຂອງຄວາມຕ້ານ (voltage performance) ເພີຍງບໍ່ເຖິງ 10%. ການພັດທະນາເຫຼົ່ານີ້ເປັນການກ້າວຫນຶ່ງທີ່ໃຫຍ່ຫຼວງຕໍ່ການເຊື່ອມຕໍ່ເຕັກໂນໂລຢີ PEM.

ຄຳຖາມທີ່ຖາມບໍ່ຍາກ

ຂໍ້ຈຳກັດຫຼັກໆຂອງ PEM ທີ່ອີງໃສ່ Nafion ແມ່ນຫຍັງ?

PEM ທີ່ອີງໃສ່ Nafion ເປັນບ່ອນທີ່ເກີດບັນຫາເຊັ່ນ: ການບວມ, ການເສື່ອມສະພາບທາງເຄມີ, ແລະ ປະສິດທິຜົນທີ່ຕ່ຳລົງໃນອຸນຫະພູມຕ່ຳ ເນື່ອງຈາກລັກສະນະ perfluorinated ຂອງມັນ.

ວັດຖຸໃໝ່ໃດທີ່ກຳລັງຖືກພັດທະນາເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິຜົນຂອງ PEM?

ວັດຖຸໃໝ່ປະກອບດ້ວຍ polymers hydrocarbon ທີ່ຖືກ sulfonated, ການປະສົມປະສານລະຫວ່າງ inorganic-polymer, ແລະ ເມືອງທີ່ເປັນ hybrid ລະຫວ່າງ anion-cation, ທັງໝົດນີ້ມີຈຸດປະສົງເພື່ອຍົກສູງຄວາມສາມາດໃນການແລກປ່ຽນ ion ແລະ ຫຼຸດຕົ້ນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ.

ເທັກນິກການຜະລິດຂັ້ນສູງໃດທີ່ກຳລັງປັບປຸງ PEM?

ເທັກນິກຕ່າງໆເຊັ່ນ: electrospinning, radiation grafting, ແລະ thin-film casting ໃຫ້ຄວາມຄວບຄຸມທີ່ດີຂຶ້ນໃນລະດັບ atomic, ເຮັດໃຫ້ຄວາມທົນທານ ແລະ ປະສິດທິຜົນດີຂຶ້ນ.

ເປັນຫຍັງການຫຼຸດຜ່ອນການອີງໃສ່ platinum ໃນ PEM ຈຶ່ງສຳຄັນ?

ການຫຼຸດຜ່ອນການໃຊ້ platinum ແມ່ນສຳຄັນຢ່າງຍິ່ງເນື່ອງຈາກລາຄາແພງ ແລະ ຄວາມຫາຍາກຂອງມັນ, ສະນັ້ນນັກຄົ້ນຄວ້າຈຶ່ງກຳລັງພັດທະນາ catalysts ອື່ນໆເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການອີງໃສ່ platinum.

ໂຄງສ້າງ MEA ທີ່ກຳລັງເກີດຂຶ້ນໃໝ່ນີ້ຈັດການບັນຫາທີ່ເກີດຂື້ນທີ່ interface ໄດ້ແນວໃດ?

ດ້ວຍການອອກແບບລະບົບທັງໝົດເປັນໜ່ວຍດຽວ, ສະຖາປັດຕະຍະກຳໃໝ່ເຫຼົ່ານີ້ມຸ່ງເນັ້ນໃສ່ການຈັດສົ່ງໄອໂອນອມເມີຣ໌ທີ່ດີຂຶ້ນ ແລະ ການເຊື່ອມຕໍ່ຂ້າມຢູ່ໃນສະຖານທີ່ເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບ.