仙人掌

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Nature仙人掌对高分子膜的启示 [复制链接]

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提起圣人掌,脑海中显现的是一副美国西部片的场景,锈迹班驳的老爷车,行驶在戈壁边沿的公路上,两旁的圣人掌挺着尖刺,尘埃飞扬……不过,这和高分子膜有甚么关联?韩国汉阳大学、华夏天津大学和澳大利亚联邦科学与产业研讨结构(CSIRO)的科学家们说“固然相关联”,他们恰是遭到圣人掌的警示而创造了一种新的高分子膜,能够显著提升离子替换膜的自润泽功能,进而改正燃料电池以致以之为动力的电动车财产的格局。他们的论文颁发在《Nature》上,通信做家是天津大学“千人谋划”传授MichaelD.Guiver以及韩国汉阳大学传授YoungMooLee。(Nanocrack-regulatedself-humidifyingmembranes.Nature,DOI:10./nature)

图片起因:CommonwealthScientificandIndustrialResearchOrganisation(CSIRO)

这类膜的表面带有疏水涂层,而疏水涂层中有很多纳米标准的罅隙,这些“纳米罅隙”是维持这类会合物膜水份含量的关键。它们像是纳米巨细的阀门,在湿度下降时合上,以减速水份子的脱附并维持膜的离子传导性(以下图)。

据文章做家之一、CSIRO的研讨员AaronThornton博士说,这类膜的灵感就起因于戈壁中圣人掌的生计技艺。圣人掌经过气孔的开合来维持内部的水份含量,在温度较低湿度较大的星夜,圣人掌的气孔分开;而在温度较高湿度较低的白日,这些气孔则维持合上状况。

燃料电池,譬如在电动汽车所行使的质子替换膜燃料电池(PEMFC),经过将氢气和氧气搀杂在一同反响形成能量。不过,为了维持功能,燃料电池的膜须要维持润泽。现在要到达这一宗旨,须要行使电池、散热器、水储存器和加湿器。毛病很显然,这些设置会吞噬不少空间并耗费很多能量。CSIRO研讨员、该文做家之一CaraDoherty博士说,她们这类“圣人掌式”膜表面涂层中的“纳米罅隙”就相当与圣人掌的气孔,可调动电化学反响生成的水。“这些罅隙会在润泽前提下扩展,而在枯燥前提下合上。”她说,“这象征着燃料电池可无需笨重的外部增湿设置来维持水份。”

CaraDoherty博士和“圣人掌式”膜。图片起因:CommonwealthScientificandIndustrialResearchOrganisation(CSIRO)

自润泽不过好处之一,科学家们还发掘,这类膜能够将燃料电池在干热前提下的效率提升4倍。

YoungMooLee传授说,“现在,燃料电池电动汽车奔向墟市的首要阻碍之一便是燃料电池系统中的水治理和热治理。”而他们创造的这类膜,或许对包含电动汽车在内的很多行业的进展形成巨大影响。

Lee传授还示意,除了燃料电池,他们创造的这类“圣人掌式”膜还能够运用于须要自润泽膜的别的技艺,包含水处置温和体离别。

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