新型液相等离子体合成与涂层工艺：用于制备石墨烯包覆的全氟磺酸基膜，以应用于高性能直接甲醇燃料电池

《Energy Technology》：Novel In-Liquid-Plasma Synthesis and Coating Process for Graphene-Coated Perfluorosulfonic Acid-Based Membranes for Application in High-Performance Direct Methanol Fuel Cells

液相等离子体合成单层石墨烯作为燃料电池阻挡层，优化参数后涂覆均匀且降低甲醇 crossover，功率密度提升。

　　

摘要

本文介绍了一种通过液相等离子体实现的新合成方法，用于制备作为直接甲醇燃料电池阻挡层的少层石墨烯。少层石墨烯悬浮液由乙醇前驱体制备而成。系统研究了施加频率（在kHz范围内）、脉冲宽度（最长1100 ns）、气体流量、电压（在kV范围内）以及电极间距等因素的影响，并对这些参数进行了优化。拉曼光谱分析显示I_(2D/G)比为2.52，I_(D/G)比为0.80，证实了少层石墨烯的存在。扫描透射电子显微镜的结果进一步证明了低结晶度少层石墨烯的形成。此外，还观察到了非定量烃类裂解现象，产生了芳香烃和多环化合物等副产物。通过气相色谱-质谱联用技术对副产物进行了分析，检测到茚、萘、苯乙炔、苯乙烯和苝的浓度高达68 mL L^?1。为了获得均匀的涂层和良好的干燥性能，悬浮液中添加了50 wt%的Fumion作为稳定剂。石墨烯涂层采用专门设计的刮刀涂布工艺沉积在基于全氟磺酸的膜上，涂布速率为10 cm s^?1。通过原位拉曼映射和扫描电子显微镜观察发现，少层石墨烯在整个22.5 μm的涂层厚度中分布均匀。在直接甲醇燃料电池中的电化学性能测试表明，该石墨烯涂层显著降低了甲醇的渗透率。极化曲线显示，与未涂层膜相比，该膜的功率密度有所提高。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。