燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學能通過電化學反應直接轉化成電能的發(fā)電裝置。清潔、高效、自重輕等優(yōu)點，使其在國防、電動車、航天和民用的移動電站、計算機與通信、分離電源、潛艇等眾多領域具有非常大的應用前景和市場潛力。但一直以來，居高不下的成本問題使燃料電池的商業(yè)化生產面臨著巨大困境。
質子交換膜燃料電池作為目前最主要的燃料電池類型，受到人們的廣泛關注，質子交換膜作為其核心部件，不僅僅是電池陰陽極的隔膜，還承擔著傳導質子的重任。開發(fā)新的低成本、高電導率以及具有良好力學性能的質子導體材料對于燃料電池的發(fā)展具有重要意義。
針對此問題，殷盼超教授課題組在質子導電機理研究工作的基礎上，將聚乙二醇與多金屬氧酸鹽復合，通過氫鍵構筑了穩(wěn)定的三維網絡結構，實現了質子的有效傳遞。該項研究在保證高電導率、優(yōu)良力學性能的基礎上，將大大降低市場上現有質子交換膜燃料電池的成本，對中國燃料電池工業(yè)技術發(fā)展具有很強的推動作用。
殷盼超教授介紹，聚乙二醇-多酸半固態(tài)質子導體材料具有較高的質子電導率、優(yōu)異的力學性能和低成本三大優(yōu)點。
通過研究溫度、多酸含量對聚乙二醇-多酸納米復合材料電導率的影響，研究人員發(fā)現在該復合材料中，多酸充當了質子的“供應站”和“中轉站”，質子通過聚乙二醇鏈的運動實現有效傳遞。該質子導體材料電導率在353K可達1.01 × 10?2 S cm?1，接近目前商業(yè)化的質子導體材料。
電池的安全問題是人們目前關注的焦點，同時保證電解質材料的安全性和可加工性是目前聚合物電解質面臨的一大難題。在此項研究中所制備的聚乙二醇-多酸電解質導體材料，擁有獨特的剪切變稀行為：靜態(tài)或低剪切下，PEG400-70%PW12粘度高達273 Pa?s，樣品表現為固體的性質，不具有流動性，保證了其作為電解質使用時的安全性；高剪切下，復合材料粘度為100 ~ 10 Pa?s，樣品表現出明顯的流動行為，使其具有良好的加工性、與電極材料良好的相容性。
課題組介紹，該聚乙二醇-多酸納米復合材料所用的原料，目前都已實現商業(yè)化生產，價格便宜。目前基于實驗室的各項成本，制備1g的PEG400-70%PW12質子導體材料成本價格為20元人民幣左右，這對其商業(yè)化生產具有極大的推動作用。
據悉，該項研究成果已發(fā)表在《Chemical Science》上，華南理工大學華南軟物質科學與技術高等研究院博士生鄭昭為文章第一作者，博士生周倩婕負責材料部分電化學性能測試，博士生李牧負責材料小角X光散射測試，殷盼超教授為通訊作者。該項研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、廣東省自然科學基金以及中央高校業(yè)務費杰青項目支持。上海光源小角線站BL16B1為樣品的SAXS測試提供了大力支持。這一研究成果對發(fā)展通用的、可調控的半固態(tài)電解質具有很強的指導意義。
論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sc/c9sc02779c#!divAbstract
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