研究人员开发突破性材料 解决燃料电池散热问题

据外媒报道，联合研究团队开发出一种用于燃料电池的质子导体。该导体以聚苯乙烯磷酸为基础，可在高达200摄氏度和无水的情况下，保持高质子电导率。该团队的研究人员分别来自洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）、德国斯图加特大学（University of Stuttgart）、新墨西哥大学（University of New Mexico）和桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）。

（图片来源：phys.org）

燃料电池是一项很有前途的技术，可以通过电化学过程将氢转化为电能，而且只排放水。Los Alamos的项目负责人Yu Seung Kim表示：“虽然高效燃料电池电动汽车已成功投入商用，但要开发下一代燃料电池平台，向重型汽车应用发展，需要进一步实现技术创新。目前燃料电池面临的技术挑战之一是，由燃料电池放热电化学反应导致的散热问题。”

目前通过在高电池电压下运行燃料电池，来满足其散热要求。为了构建高效的燃料电池发动机，燃料电池堆的工作温度至少要达到与发动机冷却液相同的温度(100摄氏度)。Kim表示：“我们认为磷化聚合物是很好的选择，但在燃料电池工作温度下会形成不必要的酸酐，因而无法采用以前的材料。我们一直专注于制备不会形成酸酐的膦酸化聚合物。斯图加特大学的研究人员通过将氟成分引入聚合物中，来制备这种材料。令人兴奋的是，我们现在有了可用于高温燃料电池的膜和离聚物粘合剂。”

十年前，Atanasov和Kerres开发了一种磷化聚五氟苯乙烯的新合成方法，其中包括(I)通过自由基乳液聚合五氟苯乙烯；(II)通过亲核磷化反应使该聚合物磷化。出人意料的是，这种聚合物在大于100摄氏度的情况下，表现出比Nafion更好的质子导电性，并且在大于300摄氏度时，具有优异的化学和热稳定性。

二人与Los Alamos的Kim分享了他们的研究成果，因此Kim的团队利用磷化聚合物，开发了高温燃料电池。将膜电极组件与LANL的离子对配位膜集成，使用磷化聚合物的燃料电池表现出优异的功率密度，在H2/O2条件下为1.13W cm-2，在160摄氏度下可保持稳定超过500h。Kim表示：“功率密度达到1W cm-2以上，具有里程碑意义。由此可以看出，这项技术有可能实现商业化。”