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燃料電池工作原理最早于1839年由德國(guó)化學(xué)家 Christian Friedrich Sch?nbein 提出，后發(fā)展出多種不同的種類，包括堿性燃料電池（AFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）和離子交換膜燃料電池（PEMFC，也稱質(zhì)子交換膜燃料電池）。
國(guó)內(nèi)目前主要集中在離子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池領(lǐng)域開展研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。其中，離子交換膜燃料電池已被公-認(rèn)為新能源電動(dòng)汽車電源的最-優(yōu)選項(xiàng)之一。
在燃料電池中，離子（如氫離子或氫氧根離子）需要在膜中快速傳導(dǎo)，以確保電池的高效運(yùn)行。孔徑過(guò)小會(huì)限制離子的通過(guò)速度，導(dǎo)致電池性能下降；而孔徑過(guò)大則可能降低膜的選擇透過(guò)性，使得不必要的離子也能通過(guò)，同樣會(huì)影響電池性能。因此，評(píng)估離子交換膜孔徑的大小是確保離子傳導(dǎo)效率與燃料電池性能的關(guān)鍵。
其次，燃料電池操作條件往往較為苛刻，如高溫、高壓等。在這些條件下，離子交換膜孔徑穩(wěn)定性至關(guān)重要。如果孔徑因環(huán)境變化而發(fā)生顯著變化，將嚴(yán)重影響膜的尺寸穩(wěn)定性和耐用性。評(píng)估離子交換膜孔徑大小可以幫助了解膜在不同條件下的穩(wěn)定性表現(xiàn)，從而優(yōu)化膜的設(shè)計(jì)和使用條件，提高膜的耐用性。
低場(chǎng)核磁技術(shù)作為一種新興的無(wú)損檢測(cè)方法，通過(guò)結(jié)合原位變溫系統(tǒng)，可以研究不同溫度下質(zhì)子交換膜的孔徑變化特性。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)以水作為探針，捕捉水中的氫質(zhì)子的信號(hào)。孔徑越大，對(duì)水的束縛越小，信號(hào)衰減越慢；孔徑越小，對(duì)水的束縛越大，信號(hào)衰減越快，因此通過(guò)核磁信號(hào)能夠判斷質(zhì)子交換膜的孔徑。
低場(chǎng)核磁技術(shù)在高低溫離子交換膜孔徑評(píng)價(jià)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)該技術(shù)，我們可以更深入地了解離子交換膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，為燃料電池的研發(fā)和生產(chǎn)提供有力支持，推動(dòng)燃料電池技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展。
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