新发现的高分子材料使燃料电池更加实用便宜！

材料牛注：由Los Alamos团队研究发现了一种新型高分子材料的燃料电池，可在更大的温度范围工作，或将大大推进燃料电池实用化进程。

近日，一类新型高分子材料燃料电池问世，被认为是可以弥补现有的低温和高温燃料电池的不足，将低成本燃料电池在汽车和发电站领域的产业化进程又推进了一步。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的研究团队与日本国家先进工业科技学院（National Institute of Advanced Industrial Science and Technology）的Yoong-Kee Choe和美国圣地亚国家重点实验室（Sandia National Laboratories）的Cy Fujimoto共同研究发现，用四丁基磷酸铵离子对制备的燃料电池，不管有没有水，都可以在80°C 至200°C的环境下工作，大大扩展了燃料电池的应用范围。该研究成果最近发表在Nature Energy杂志中。

洛斯阿拉莫斯国家实验室该研究项目的负责人Yu Seung Kim说：“高分子燃料电池是未来汽车和发电站能源系统中的关键技术。在更大的工作温度范围内使用具有抗水性的燃料电池有很多好处。但是目前的燃料电池汽车需要加湿的引流液和巨大的散热器使水温降低，否则会大大增加燃料电池系统的成本，因此，人们希望寻找到一种能在各种环境下灵活使用的传导质子的材料。令人激动的是，我们已经找到了！”

从上个世纪七十年代开始，洛斯阿拉莫斯国家实验室就在燃料电池领域处于世界领先地位。燃料电池技术能减少石油的消耗和二氧化碳的排放，缓解空气污染，对于国家能源安全、环保和经济具有十分重要的意义。这一研究结果，正好契合国家实验室在能源安全和未来材料研发方面的使命。

目前，主要由两类高分子燃料电池：一类是低温燃料电池，需要水来传导质子，工作温度不能超过100℃；另一类是高温燃料电池，可以在180℃的无水环境下运行，但是它在温度低于140℃的吸水环境下的性能会大打折扣。

研究人员发现，四丁基磷酸铵离子对有很强的交互作用，即使在水分凝结的环境下也能高效的传导质子。

Kim说：“这一发现产生时，我们正在研究一种有四组氨基的碱性氢氧化物导体膜。由于碱性膜只能在碱性环境中使用，我们就想到可以通过加入磷酸使它在低PH值环境下工作。当Choe通过计算得到的数据表明，四铵盐和磷酸盐之间的交互作用比传统的酸碱作用强8.7倍的时候，所有人都兴奋极了！”

洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究团队与圣地亚国家重点实验室的Fujimoto合作，制备了这种四氨官能团高分子材料。利用离子对制作的燃料电池原型，在80-200°C都能展示出极好的性能和稳定性，这是目前其他燃料电池技术达不到的。

接下来会怎么样呢？Kim表示：“采用高性能的电极材料，这一新型燃料电池的性能和稳定性将会更好。”这一进步将会在未来五到十年内实现，届时这种新型燃料电池将更有希望替代现有汽车和发电站中的低温燃料电池。

原文链接：New class of fuel cells offer increased flexibility, lower cost。

文献链接：An operationally flexible fuel cell based on quaternary ammonium-biphosphate ion pairs。

本文由编辑部杨洪期提供素材，williamyen编译，点我加入材料人编辑部。