Abstract The inclusion of hydrophilic 2D-nanoparticles in a polymeric matrix demonstrated to be a promising strategy both to improve the proton transport in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), and to mitigate the methanol crossover in direct methanol fuel cells (DMFCs), acting as physical barriers. Moreover, a higher order's degree in the arrangement of the filler's platelets, e.g. aligned parallel to the membrane surface, may further reduce the detrimental effect of the methanol permeation as a consequence of the greater obstruction and increased tortuosity of the fuel diffusion path. Layered Double Hydroxide (LDH), characterized by a high aspect ratio and hydrophilic functional groups on the surface, was incorporated into Nafion to obtained nanocomposite membranes with appropriate morphology and demonstrating the possibility of mechanical aligning the exfoliated nanoparticles. EIS and PFG-NMR provided indirect evidence of lamellae's alignment at the nanoscale, while Magnetic Resonance Imaging combined with Rheology (Rheo-MRI) has proved to be an effective and elegant method, as well as original for such investigations, to study the organization of nano-lamellae dispersed in a polymeric solution under the shearing. Dual-layer hybrid composite membranes were also designed, optimized and tested in DMFC, showing the outstanding power density of 300 mW cm−2 at 100 °C.

中文翻译：

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通过二维纳米结构的排列和双层方法在高性能直接甲醇燃料电池的混合复合膜工程中取得进展

摘要 在聚合物基质中加入亲水性二维纳米颗粒被证明是一种有前景的策略，既可以改善质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 中的质子传输，也可以减轻直接甲醇燃料电池 (DMFC) 中的甲醇交叉，起到作为物理障碍。此外，填料小片排列的更高有序度，例如平行于膜表面排列，可以进一步降低甲醇渗透的有害影响，这是由于燃料扩散路径的更大阻塞和增加的曲折度的结果。层状双氢氧化物 (LDH)，其特点是具有高纵横比和表面亲水性官能团，将其结合到 Nafion 中以获得具有适当形态的纳米复合膜，并证明机械排列剥离的纳米粒子的可能性。EIS 和 PFG-NMR 提供了纳米级薄片排列的间接证据，而磁共振成像与流变学 (Rheo-MRI) 相结合已被证明是一种有效且优雅的方法，也是此类研究的原创方法，用于研究纳米薄片在剪切作用下分散在聚合物溶液中。双层混合复合膜也在 DMFC 中进行了设计、优化和测试，在 100°C 下显示出 300 mW cm-2 的出色功率密度。而磁共振成像与流变学 (Rheo-MRI) 相结合已被证明是一种有效且优雅的方法，也是此类研究的原创方法，用于研究在剪切作用下分散在聚合物溶液中的纳米薄片的组织。双层混合复合膜也在 DMFC 中进行了设计、优化和测试，在 100°C 下显示出 300 mW cm-2 的出色功率密度。而磁共振成像与流变学 (Rheo-MRI) 相结合已被证明是一种有效且优雅的方法，也是此类研究的原创方法，用于研究在剪切作用下分散在聚合物溶液中的纳米薄片的组织。双层混合复合膜也在 DMFC 中进行了设计、优化和测试，在 100°C 下显示出 300 mW cm-2 的出色功率密度。