2006年9月11日
由于其效率和减少污染，燃料电池在运输和其他应用中提供了一种很有前途的替代传统电源。然而，在这些电化学装置取代汽车的内燃机之前，需要更耐用、更便宜的材欧洲杯足球竞彩料。
寻找这些材料将需要分析潜在的欧洲杯足球竞彩数十亿种可能的材料组合。对此，J.卡森·梅雷迪斯(J. Carson Meredith)做出了回应佐治亚理工学院的学校他正在开发一种新的筛选系统，使研究人员能够在一次实验中评估数百或数千种潜在材料。欧洲杯足球竞彩梅瑞狄斯将于9月10日在旧金山举行的美国化学学会2006年全国会议上展示这个组合工具箱的细节。
谈到质子交换膜(PEM)燃料电池——汽车工业正在关注的燃料电池类型——最大的障碍之一是膜本身。
这种薄膜类似于厨房的保鲜膜，夹在两个电极(正极和阴极)之间，就像电池一样。当氢气从阳极流入燃料电池时，铂催化剂将氢气分离成电子和质子。膜的作用是将带正电的质子引导到阴极一侧，并阻止带负电的电子通过。相反，电子通过外部电路传导到阴极，产生的电荷可以为汽车的电机提供动力。然后在阴极一侧，电子与质子和氧结合，形成水作为副产物。
Meredith指出:“目前市场上的薄膜价格昂贵，因为它们是由含氟材料制成的，而不是传统的碳氢化合物塑料。”欧洲杯足球竞彩“耐久性是另一个问题。由于燃料电池的恶劣环境，PEM的典型寿命是几千小时。在那之后，膜开始化学降解——并真的解体。它们会发生泄漏，燃料开始‘跨越’到氧气一侧，导致电流急剧下降。”
作为由美国能源部资助的一个多伙伴项目的一部分，Meredith正在开发一种生产低成本、热稳定膜的方法。
“我们的目标是将膜的耐用性提高一倍，并将成本降低一半，”Meredith说。除了佐治亚理工学院，项目合作伙伴还包括夏威夷大学和三家私营公司——Arkema Inc.、联合技术公司和Johnson-Matthey。
与传统的膜开发(需要许多不同步骤的密集合成过程)不同，合作伙伴采用的是“配方方法”。这包括选择一些不同的聚合物，每一种都有特定的特性，然后在一个混合步骤中结合聚合物，这样最终的材料就保留了所有想要的特性。
关于薄膜特性的清单如下:
- 质子导电性高，电子导电性低;
- 非常薄的材料，仍然保持其形状和结构完整性;
- 抵抗酸和水解降解的能力，以及
- 在高温下保持水合的能力，同时阻止燃料(氢或甲醇)通过。
除了所选聚合物的独特特性外，其他因素也会影响最终的膜材料，如聚合物与混合物的比例、它们的添加顺序和搅拌速度。
“找到合适的聚合物和参数就像大海捞针，”Meredith说，并指出实际上有数十亿种选择。配方是PEM设计中一种强大且未被充分利用的方法，但需要新的工具来发现如何控制配方。”
这就是组合方法发挥作用的地方，集成了计算设计、样本库、高通量筛选和信息学。
虽然组合方法已被用于药物发现，但Meredith正在开创其在燃料电池技术和其他领域的应用。他开发了一种将大量聚合物沉积在单个显微镜载玻片上的技术，利用性能梯度在成分、温度和厚度上产生数千种变化。
这些聚合物库经过高通量筛选，向研究人员展示了不同样品在机械强度、电导率和渗透率方面的叠加情况。
梅雷迪斯说：“组合方法使我们能够更有效地搜索各种可能性。”。“我们可以在几小时内浏览数百种材料。”欧洲杯足球竞彩
与Meredith为生物医学应用开发的组合方法不同，燃料电池膜工具包要求能够筛选导电性和透水性，后者是Meredith最大的挑战之一。
他解释说:“这听起来很简单——把材料暴露在水蒸气中，看看有多少水蒸气穿过另一边——但这要遇到很多困难。”“首先，很难把所有的水从这些薄膜中取出来，这样你就可以测量进去了什么。”
Meredith现在已经开发了燃料电池组合工具箱的所有基本组件，并正在筛选已知材料来验证它们。欧洲杯足球竞彩
他很快指出，组合方法并不意味着要取代传统的测试，在传统测试中，研究人员需要对材料进行详细分析。他解释说:“我们的目标是快速筛选感兴趣的属性，认识到我们并没有获得尽可能准确的测量。”“我们用速度代替了准确性，这意味着更大的不确定性。”
然而，这也带来了巨大的回报:组合方法帮助研究人员考虑——并确定——更有前途的材料。欧洲杯足球竞彩
“这使我们能够看到更广泛的可能性，”Meredith说，并解释说，有前景的聚合物可以用更传统、更耗时的方式进行分析。
“但如果你只使用传统的方法，你只会看到一些化学成分。这些可能不是最佳的，你可能忽略了最好的材料。”
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