前沿技術(shù)丨中科院大連化物所研發(fā)出新型寬溫區(qū)高溫聚合物電解膜

分類:行業(yè)新聞
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發(fā)布日期:2023-09-15
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近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所燃料電池研究部醇類燃料電池及復(fù)合電能源共性核心技術(shù)研究組（DNL0311組）王素力研究員和孫公權(quán)研究員團(tuán)隊(duì)在高溫聚合物電解質(zhì)膜方面取得新進(jìn)展，研發(fā)出一類磷酸摻雜聚聯(lián)苯基哌啶電解質(zhì)膜，拓寬了高溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（HT-PEMFC）的操作溫度，為該類電池的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

　　HT-PEMFC具有耐CO毒化能力強(qiáng)、水熱管理簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的磷酸摻雜聚苯并咪唑膜由于磷酸與聚苯并咪唑之間的結(jié)合能（約17kcal/mol）低，在低溫、高濕環(huán)境下磷酸流失嚴(yán)重，導(dǎo)致該類電池工作溫度限制在140至180℃。拓寬高溫聚合物電解質(zhì)膜的工作溫度，將有助于縮短電池啟動(dòng)時(shí)間，提高電池的環(huán)境適應(yīng)性。

本工作中，研究團(tuán)隊(duì)利用哌啶陽(yáng)離子與H2PO4-間的高結(jié)合能（約109kcal/mol）這一特點(diǎn)，研制出一類新型磷酸摻雜聚聯(lián)苯基哌啶電解質(zhì)膜，審稿人認(rèn)為，“該工作首次將哌啶基電解質(zhì)膜應(yīng)用于HT-PEMFC領(lǐng)域”。團(tuán)隊(duì)通過(guò)取代基效應(yīng)調(diào)控哌啶陽(yáng)離子周圍的空間位阻、聚合物電解質(zhì)膜的親疏水性和自由體積，從而進(jìn)一步提高了電解質(zhì)膜與磷酸間的相互作用（磷酸摻雜度較傳統(tǒng)聚苯并咪唑提高約1倍），將電解質(zhì)膜的工作溫度拓寬到40至160℃。特別是在120℃、干氣進(jìn)料這一“汽車中燃料電池的理想運(yùn)行條件”下，該類膜組裝的燃料電池峰值功率密度超過(guò)1.5W/cm2，且穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間超過(guò)1000h，展示了該類聚合物電解質(zhì)膜的優(yōu)勢(shì)與實(shí)際應(yīng)用潛力。

相關(guān)研究結(jié)果以“Alkyl-substituted poly(arylene piperidinium) membranes enhancing the performance of high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells”為題，于近日發(fā)表在《材料化學(xué)A》（Journal of Materials Chemistry A）上。該工作的共同第一作者是中科院大化所DNL0311組博士研究生李晉源和楊叢榮副研究員。上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。（文/圖李晉源）

文章鏈接：https://doi.org/10.1039/D3TA02158K

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