新薄膜有望帮助燃料电池解决高温运行难题

　　燃料电池是一种电化学发电装置，通过氧化还原反应将燃料的化学能直接转化为电能。由于燃料电池不受卡诺循环效应的限制，因此具备能量转化效率高的优势。此外，燃料电池用燃料和氧气作为原料也使得其放出的有害气体极少，因此，在现代能源产业的发展中，燃料电池也被认为是具有节能潜力以及环保属性的发电技术，受到了广泛关注，有望成为未来清洁能源体系中的重要组成部分。
 

　　然而在燃料电池的发展中，有一个问题始终困扰着该技术的应用——高温下运行的稳定性。燃料电池大多依赖水基质子传导膜，高温环境下，质子交换膜会因为水分蒸发导致脱水，从而引起膜阻抗急剧上升，影响质子传输并使燃料电池性能大幅衰退。
 

　　而就在近日，澳大利亚莫纳什大学的工程师团队从这个问题切入，提出了新的方法，有望帮助燃料电池实现高温下稳定运行。
 

　　据悉，该团队将原子级超薄纳米片与纳米限域磷酸相结合，构建出具备多通道质子传输结构的新型复合膜。复合膜中的石墨烯与氮化硼构成的纳米片提供了连续而稳定的传输骨架，被限制在微纳空间中的磷酸则充当高效“质子中转介质”，质子在材料内部会以类似“接力跳跃”的方式快速移动，实现在无水条件下高效传导。
 

　　实验结果显示，该薄膜在约250℃的高温环境下仍可快速传输质子，并且在氢燃料电池测试中展现出极高的功率输出性能。此外，在高浓度甲醇作为燃料的条件下，该膜材料稳定性和持续运行能力表现也同样突出。可以说，新型超薄膜具备了让让燃料电池高温下稳定运行的能力。
 

　　不仅如此，该设计本身证明了二维纳米片与纳米限域质子载体相结合来实现性能突破的可行性，未来在电化学技术，包括水分解、二氧化碳还原以及氨合成等领域，也能借此拓展出更多的研发思路。
 

　　目前该成果以发表于《科学进展》杂志，感兴趣的读者可以自行查阅学习。