磺化聚苯醚膜质子扩散的分子动力学模拟研究

发布时间：2018-05-27 07:38

  本文选题：质子交换膜 + 磺化聚苯醚　； 参考：《工程热物理学报》2017年09期

【摘要】：为了探究磺化聚苯醚(SPPO)用于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的性质,研究了SPPO膜内部水和水合氢离子的分子扩散特性。构建含水量不同的SPPO膜的分子结构模型,采用分子动力学(MD)研究了平衡态模型的静态结构,发现元胞的密度随着含水量的增加而降低;同时通过分析径向分布函数(RDF),发现在SPPO链上的磺酸根上的硫原子周围有水分子聚集,起到吸水和传导的作用,水合氢离子也更趋向于聚集在磺酸根附近。通过对分子运动轨迹的分析,计算了水和水合氢离子在SPPO膜内的扩散系数D和电导率σ,研究结果表明,SPPO膜的电导率随着膜内水含量的增加而增加,得到了与实验符合较好的结果。
[Abstract]:In order to investigate the properties of sulfonated polyphenylene ether (SPPO) used in proton exchange membrane fuel cell (PEMFCs), the molecular diffusion characteristics of water and hydrated hydrogen ions in SPPO membrane were studied. The molecular structure model of SPPO membrane with different water content was constructed. The static structure of equilibrium state model was studied by molecular dynamics (MD). It was found that the density of cell decreased with the increase of water content. At the same time, by analyzing the radial distribution function (RDF), it is found that water molecules gather around the sulfur atoms on the SPPO chain, which plays the role of water absorption and conduction, and the hydrated hydrogen ions tend to gather near the sulfonic acid radical. The diffusion coefficient D and conductivity 蟽 of water and hydrated hydrogen ions in SPPO films are calculated by analyzing the molecular motion trajectories. The results show that the conductivity increases with the increase of water content in the films. The results are in good agreement with the experimental results.
【作者单位】： 中国石油大学(北京)理学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(No.11405272) 中国石油大学(北京)科研基金资助项目(No.2462013YJRC02)
【分类号】：TM911.4;TQ425.236

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本文编号：1941097