新薄膜有望幫助燃料電池解決高溫運(yùn)行難題

上海自動(dòng)化儀表四廠燃料電池是一種電化學(xué)發(fā)電裝置，通過(guò)氧化還原反應(yīng)將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。由于燃料電池不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此具備能量轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)勢(shì)。此外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料也使得其放出的有害氣體少，因此，在現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，燃料電池也被認(rèn)為是具有節(jié)能潛力以及環(huán)保屬性的發(fā)電技術(shù)，上海自動(dòng)化儀表四廠受到了廣泛關(guān)注，有望成為未來(lái)清潔能源體系中的重要組成部分。

　　然而在燃料電池的發(fā)展中，有一個(gè)問(wèn)題始終困擾著該技術(shù)的應(yīng)用——高溫下運(yùn)行的穩(wěn)定性。燃料電池大多依賴水基質(zhì)子傳導(dǎo)膜，高溫環(huán)境下，質(zhì)子交換膜會(huì)因?yàn)樗终舭l(fā)導(dǎo)致脫水，從而引起膜阻抗急劇上升，影響質(zhì)子傳輸并使燃料電池性能大幅衰退。

　　而就在近日，澳大利亞莫納什大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)從這個(gè)問(wèn)題切入，提出了新的方法，有望幫助燃料電池實(shí)現(xiàn)高溫下穩(wěn)定運(yùn)行。

　　據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)將原子級(jí)超薄納米片與納米限域磷酸相結(jié)合，構(gòu)建出具備多通道質(zhì)子傳輸結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合膜。復(fù)合膜中的石墨烯與氮化硼構(gòu)成的納米片提供了連續(xù)而穩(wěn)定的傳輸骨架，被限制在微納空間中的磷酸則充當(dāng)高效“質(zhì)子中轉(zhuǎn)介質(zhì)”，質(zhì)子在材料內(nèi)部會(huì)以類似“接力跳躍”的方式快速移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在無(wú)水條件下高效傳導(dǎo)。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該薄膜在約250℃的高溫環(huán)境下仍可快速傳輸質(zhì)子，并且在氫燃料電池測(cè)試中展現(xiàn)出高的功率輸出性能。此外，在高濃度甲醇作為燃料的條件下，該膜材料穩(wěn)定性和持續(xù)運(yùn)行能力表現(xiàn)也同樣突出。可以說(shuō)，新型超薄膜具備了讓讓燃料電池高溫下穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

　　不僅如此，上海自動(dòng)化儀表三廠該設(shè)計(jì)本身證明了二維納米片與納米限域質(zhì)子載體相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)性能突破的可行性，未來(lái)在電化學(xué)技術(shù)，包括水分解、二氧化碳還原以及氨合成等領(lǐng)域，上海自動(dòng)化儀表三廠也能借此拓展出更多的研發(fā)思路。

　　目前該成果以發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》雜志，感興趣的讀者可以自行查閱學(xué)習(xí)。