纽约大学打造创新聚合物材料 让氢燃料电池具备更高能量/降低价格

据外媒报道，亚马逊等公司、中国等国家以及丰田、本田和现代等汽车制造商都在大举投资氢燃料电池技术和基础设施，而且对销售以及实现聚合物电解质燃料电池非常感兴趣，可能会给交通带来革命性的变化，到时街道上到处都是只排放水蒸气的汽车。不过，清洁、绿色汽车和卡车的实现遇到了阻碍，因为不仅需要大规模投资建造基础设施，还需要对氢燃料电池本身进行更高效的处理。降低生产成本，即让氢燃料电池的标价更低将为更多汽车细分市场（包括高性能汽车）打开大门，可能会推动绿色汽车更广泛地得到普及。

纽约大学坦顿工程学院（NYU Tandon School of Engineering）的一组研究人员在化学和生物分子工程系教授Miguel Modestino的领导下，与劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）合作打造了一种创新聚合物材料，能够解决上述两个问题。

该项研究关注于一种混合材料，能够将大气中的氧气大量输入电池的电极反应区，让燃料电池产生更多的能量，同时大量减少燃料电池所需的铂等昂贵材料，可能能够解决该行业面临的一个主要挑战。

氢燃料电池包括阳极和阴极，两者之间还有一层电解质膜。氢气在阳极中以及与阴极中氧气反应的过程会产生电力。在氢气与阴极中氧气发生反应时，氢核会与氧结合产生电和水。离子导电聚合物（离聚物）被用于将氢核带到反应区，反应区的氧气需要穿透离子导电聚合物以驱动发电反应。

目前，市面上的离聚物通常是全氟磺酸（PFSA）聚合物，由聚四氟乙烯（PTFE）基质线性链状主链和附着在PTFE主链上的悬垂磺酸基组成，而PTFE主链使其具备离子导电性。虽然这种与特氟隆分子结构相似的复杂组合具有较高的机械强度，但研究表明，它的氧渗透性较低，导致燃料电池的能量损失较大。

因此，研究人员通过将线性PTFE聚合物链与庞大的氟化链交换，同时解决了几个问题。氟化链增加了基质的自由体积，极大地增强了其在燃料电池中运输氧气的能力。

Modestino解释表示，此种混合材料包括一种离子导电聚合物以及具有高渗透性的基质。“我们打造了一种创新共合物，将两种成分结合在一起，其中一部分传导离子，另一部分具备高渗透性，可以渗透氧气。”（文中图片均来自纽约大学）