編者按:有研究團(tuán)隊(duì)成功制備出一種新穎的取向型復(fù)合質(zhì)子交換膜,具有在膜的透過(guò)面方向定向排列的質(zhì)子通道。將這種質(zhì)子交換膜應(yīng)用于燃料電池時(shí),如同在電池內(nèi)部構(gòu)建起一條“高速公路”,實(shí)現(xiàn)了質(zhì)子的短路徑高效傳輸,極大地提高了質(zhì)子交換膜燃料電池的功率輸出。
近日,天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室外籍教授邁克爾·蓋佛(Michael D. Guiver)與尹燕副教授發(fā)布了一項(xiàng)燃料電池的研究成果,大大提高了質(zhì)子傳輸效率。
該研究團(tuán)隊(duì)已成功制備出一種新穎的取向型復(fù)合質(zhì)子交換膜,具有在膜的透過(guò)面方向定向排列的質(zhì)子通道。將這種質(zhì)子交換膜應(yīng)用于燃料電池時(shí),如同在電池內(nèi)部構(gòu)建起一條“高速公路”,實(shí)現(xiàn)了質(zhì)子的短路徑高效傳輸,極大地提高了質(zhì)子交換膜燃料電池的功率輸出。
目前,相關(guān)成果論文已于2019年2月19日在《自然-通訊》在線(xiàn)發(fā)表。博士后劉鑫為第一作者,邁克爾·蓋佛教授與尹燕副教授為共同通訊作者,天津化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心和天津工業(yè)大學(xué)省部共建分離膜與膜過(guò)程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為合作單位。
近年來(lái),有關(guān)質(zhì)子交換膜燃料電池的研究成果被廣泛應(yīng)用于日常生活、科技產(chǎn)品、國(guó)防建設(shè)等諸多方面,如手機(jī)和筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備,電動(dòng)汽車(chē),區(qū)域發(fā)電站,潛艇、航天飛機(jī)的電源。質(zhì)子交換膜燃料電池已經(jīng)向世界展現(xiàn)出極大的應(yīng)用價(jià)值和開(kāi)發(fā)前景。
質(zhì)子在交換膜中傳導(dǎo)時(shí),路徑越短越省時(shí),省時(shí)意味著高效,高效則連接著成本和性能。如果能夠在質(zhì)子交換膜內(nèi)構(gòu)建沿著膜透過(guò)面方向排列的無(wú)曲折、短路徑質(zhì)子通道,質(zhì)子傳輸?shù)男示蜁?huì)大幅度提高。受此啟發(fā),與通常制備質(zhì)子交換膜時(shí)使用的溶液澆鑄制膜法不同,邁克爾·蓋佛與尹燕副教授團(tuán)隊(duì)在制膜過(guò)程中加入磁場(chǎng)的輔助,利用鐵氰配位聚合物和磷鎢酸形成的順磁性復(fù)合體,在質(zhì)子交換膜的透過(guò)面方向構(gòu)建了取向型短路徑高效質(zhì)子傳輸通道。
可喜的是,通過(guò)鐵氰配位聚合物和磷鎢酸的復(fù)合,該制膜方法同時(shí)解決了水溶性的磷鎢酸在聚合物基體中容易滲出的科學(xué)難題。
此外,通過(guò)鐵氰配位聚合物中鐵氰基團(tuán)的氧化還原循環(huán),該質(zhì)子交換膜能夠在電池運(yùn)行中不斷消耗系統(tǒng)內(nèi)的自由基,使得膜的應(yīng)用耐久性得到提升。與現(xiàn)有的其他碳?xì)湎蒂|(zhì)子交換膜和作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Nafion 212膜相比,這種取向型質(zhì)子交換膜在質(zhì)子電導(dǎo)率、燃料電池能量輸出和使用壽命方面具有更明顯的優(yōu)勢(shì)和潛力。
原標(biāo)題:燃料電池技術(shù)新突破:用質(zhì)子給電池搭建“高速公路”