燃料电池电解质的新设计推动实现净零碳目标

Josiah02 · 发表于 2024-12-11 19:52:21

日本名古屋大学野吕淳领导的研究小组公布了一种燃料电池电解质的新型设计概念，该概念利用了带有碳氢化合物间隔物的膦酸聚合物。这一创新概念使燃料电池能够在高温（100°C 以上）和低湿度条件下有效运行，解决了燃料电池广泛使用的关键障碍。
该项研究已发表在《ACS 应用聚合物材料》上。
燃料电池通过氢和氧的电化学反应产生电能，同时只排放水，突出了其清洁能源能力。然而，全氟磺酸聚合物（一种常用于燃料电池的全氟和多氟烷基物质 (PFAS)）正在引起强烈反对。PFAS 在环境中的存在及其在生物体内的积累促使许多国家采取监管措施。
与 PFAS 不同，膦酸烃聚合物不含氟，因此不太可能在环境中持续存在。这些聚合物在高温和低湿度条件下也表现出中等化学稳定性。尽管具有这些优点，但由于膦酸基团导电性差且具有吸水的亲水性，限制了它们的使用，可能导致其在潮湿环境中溶解。
为了克服这些挑战，Noro 在聚合物主链和膦酸烃聚合物的膦酸基团之间引入了疏水间隔基。这使得材料即使在高温和低湿度下也能保持水不溶性、化学稳定性和适度的导电性。此外，疏水间隔基还能有效排斥水，确保材料的稳定性。
与不含疏水间隔物的聚苯乙烯膦酸膜和市售的交联磺化聚苯乙烯膜相比，新膜在热水中表现出明显更高的水不溶性。
野郎说：“在 120°C 和 20%相对湿度的条件下，所开发的膜的电导率比聚苯乙烯膦酸膜高 40 倍，比交联磺化聚苯乙烯膜高 4 倍。”
“找到一种能在低湿度和高温条件下运行的燃料电池将为燃料电池汽车带来许多优势，”Noro 继续说道。
“首先，燃料电池电极上的反应在高温下进行得更快，从而增强了燃料电池的整体性能，提高了发电效率。
“其次，电极的一氧化碳（CO）中毒减少，因为氢燃料中的微量 CO往往会在较低温度下吸附到催化剂上，但在较高温度下则不会。
“第三，燃料电池受益于高温下更高效的散热，从而可以简化冷却系统设计，无需外部加湿，从而实现更轻、更紧凑的系统。”
根据日本新能源和工业技术发展组织（NEDO）的燃料电池和氢技术发展路线图，本研究提出的电解质膜设计概念对开发支持向净零碳社会转变的下一代燃料电池做出了重大贡献。
日本和其他几个国家已经提交了与所建议的设计理念相关的材料的专利申请。

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册