天津大学Michael D. Guiver教授与尹燕副教授合作研发新型质子交换膜，有望大幅提高燃料电池使用效率
天津大学机械学院内燃机燃烧学国家重点实验室外籍教授迈克尔·盖佛（Michael D. Guiver音译）与尹燕副教授合作，成功制备出了一种新颖的取向型复合质子交换膜。该质子交换膜具有在膜的透过面方向定向排列的质子通道，极大地提高了质子交换膜燃料电池的功率输出。同时，这种复合质子交换膜具有优异的化学和机械稳定性，可以在苛刻的电池运行条件下长期使用。相关成果以题为“Magnetic field alignment of stable proton-conducting channels in an electrolyte membrane”的论文，于2019年2月19日在 《自然-通讯》 （《Nature Communications》）上在线发表。博士后刘鑫为第一作者，迈克尔·盖佛教授与尹燕副教授为共同通讯作者，天津化学化工协同创新中心和天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室为合作单位。
在质子交换膜燃料电池的工作过程中，质子沿膜的厚度方向从阳极到达阴极参与反应。因此，电池性能受质子交换膜在透过面方向电导率的影响较大，而与膜的平行面方向电导率的关系较小。迈克尔·盖佛教授与尹燕副教授团队通过磁场辅助的溶液浇铸制膜法，利用铁氰配位聚合物和磷钨酸形成的顺磁性复合体，在质子交换膜的透过面方向构建了取向型短路径高效质子传输通道。可喜的是，通过铁氰配位聚合物和磷钨酸的复合，该制膜方法同时解决了水溶性的磷钨酸在聚合物基体中容易渗出的科学难题。
左图：通过磁场构建沿质子交换膜透过面方向排列的高效质子传输通道，磷钨酸系于配位聚合物分子链上。右图：沿膜透过面方向排列的质子通道的透射电子显微镜影像（标尺长度5纳米）。
此外，通过铁氰配位聚合物中铁氰基团的氧化还原循环，该质子交换膜能够在电池运行中不断消耗系统内的自由基，使得膜的应用耐久性得到提升。与现有的其他碳氢系质子交换膜和作为工业标准的Nafion- 212膜相比，这种取向型质子交换膜在质子电导率、燃料电池能量输出和使用寿命方面具有更明显的优势和潜力。
原文链接:
http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-08622-2
来源：天津大学
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