近日，大連化物所燃料電池研究部醇類燃料電池及復(fù)合電能源共性核心技術(shù)研究組(DNL0311組)王素力研究員和孫公權(quán)研究員團(tuán)隊(duì)在高溫聚合物電解質(zhì)膜方面取得新進(jìn)展，研發(fā)出一類磷酸摻雜聚聯(lián)苯基哌啶電解質(zhì)膜，拓寬了高溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(HT-PEMFC)的操作溫度，為該類電池的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
 

　　HT-PEMFC具有耐CO毒化能力強(qiáng)、水熱管理簡單等優(yōu)勢，近年來成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的磷酸摻雜聚苯并咪唑膜由于磷酸與聚苯并咪唑之間的結(jié)合能(約17kcal/mol)低，在低溫、高濕環(huán)境下磷酸流失嚴(yán)重，導(dǎo)致該類電池工作溫度限制在140至180℃。拓寬高溫聚合物電解質(zhì)膜的工作溫度，將有助于縮短電池啟動時間，提高電池的環(huán)境適應(yīng)性。
 

　　本工作中，研究團(tuán)隊(duì)利用哌啶陽離子與H2PO4-間的高結(jié)合能(約109kcal/mol)這一特點(diǎn)，研制出一類新型磷酸摻雜聚聯(lián)苯基哌啶電解質(zhì)膜，審稿人認(rèn)為，“該工作首次將哌啶基電解質(zhì)膜應(yīng)用于HT-PEMFC領(lǐng)域”。團(tuán)隊(duì)通過取代基效應(yīng)調(diào)控哌啶陽離子周圍的空間位阻、聚合物電解質(zhì)膜的親疏水性和自由體積，從而進(jìn)一步提高了電解質(zhì)膜與磷酸間的相互作用(磷酸摻雜度較傳統(tǒng)聚苯并咪唑提高約1倍)，將電解質(zhì)膜的工作溫度拓寬到40至160℃。特別是在120℃、干氣進(jìn)料這一“汽車中燃料電池的理想運(yùn)行條件”下，該類膜組裝的燃料電池峰值功率密度超過1.5W/cm2，且穩(wěn)定運(yùn)行時間超過1000h，展示了該類聚合物電解質(zhì)膜的優(yōu)勢與實(shí)際應(yīng)用潛力。
 

　　相關(guān)研究結(jié)果以“Alkyl-substituted poly(arylene piperidinium) membranes enhancing the performance of high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells”為題，于近日發(fā)表在《材料化學(xué)A》(Journal of Materials Chemistry A)上。該工作的共同第一作者是我所DNL0311組博士研究生李晉源和楊叢榮副研究員。上述工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 李晉源)