1克仅需20元！华南理工大学殷盼超教授课题组最新研究有望助力高性能燃料电池“中国制造”

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燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转化成电能的发电装置。清洁、高效、自重轻等优点，使其在国防、电动车、航天和民用的移动电站、计算机与通信、分离电源、潜艇等众多领域具有非常大的应用前景和市场潜力。但一直以来，居高不下的成本问题使燃料电池的商业化生产面临着巨大困境。

质子交换膜燃料电池作为目前最主要的燃料电池类型，受到人们的广泛关注，质子交换膜作为其核心部件，不仅仅是电池阴阳极的隔膜，还承担着传导质子的重任。开发新的低成本、高电导率以及具有良好力学性能的质子导体材料对于燃料电池的发展具有重要意义。

针对此问题，殷盼超教授课题组在质子导电机理研究工作的基础上，将聚乙二醇与多金属氧酸盐复合，通过氢键构筑了稳定的三维网络结构，实现了质子的有效传递。该项研究在保证高电导率、优良力学性能的基础上，将大大降低市场上现有质子交换膜燃料电池的成本，对中国燃料电池工业技术发展具有很强的推动作用。

殷盼超教授介绍，聚乙二醇-多酸半固态质子导体材料具有较高的质子电导率、优异的力学性能和低成本三大优点。

通过研究温度、多酸含量对聚乙二醇-多酸纳米复合材料电导率的影响，研究人员发现在该复合材料中，多酸充当了质子的“供应站”和“中转站”，质子通过聚乙二醇链的运动实现有效传递。该质子导体材料电导率在353K可达1.01 × 10⁻² S cm⁻¹，接近目前商业化的质子导体材料。

电池的安全问题是人们目前关注的焦点，同时保证电解质材料的安全性和可加工性是目前聚合物电解质面临的一大难题。在此项研究中所制备的聚乙二醇-多酸电解质导体材料，拥有独特的剪切变稀行为：静态或低剪切下，PEG400-70%PW₁₂粘度高达273 Pa∙s，样品表现为固体的性质，不具有流动性，保证了其作为电解质使用时的安全性；高剪切下，复合材料粘度为100 ~ 10 Pa∙s，样品表现出明显的流动行为，使其具有良好的加工性、与电极材料良好的相容性。

课题组介绍，该聚乙二醇-多酸纳米复合材料所用的原料，目前都已实现商业化生产，价格便宜。目前基于实验室的各项成本，制备1g的PEG400-70%PW₁₂质子导体材料成本价格为20元人民币左右，这对其商业化生产具有极大的推动作用。

据悉，该项研究成果已发表在《Chemical Science》上，华南理工大学华南软物质科学与技术高等研究院博士生郑昭为文章第一作者，博士生周倩婕负责材料部分电化学性能测试，博士生李牧负责材料小角X光散射测试，殷盼超教授为通讯作者。该项研究工作得到了国家重点研发计划、广东省自然科学基金以及中央高校业务费杰青项目支持。上海光源小角线站BL16B1为样品的SAXS测试提供了大力支持。这一研究成果对发展通用的、可调控的半固态电解质具有很强的指导意义。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sc/c9sc02779c#!divAbstract

来源：华东理工大学、南方都市报

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