作者南希·安布罗西亚诺，洛斯阿拉莫斯国家实验室 研究人员开发了一种基于聚苯乙烯膦酸的燃料电池质子导体，这种质子导体在高温无水的情况下保持高质子传导率
信用:洛斯阿拉莫斯国家实验室 包括洛斯阿拉莫斯国家实验室、斯图加特大学(德国)、新墨西哥州大学和桑迪亚国家实验室在内的一个合作研究小组开发了一种基于聚苯乙烯膦酸的燃料电池质子导体，这种质子导体在无水情况下可保持高达200摄氏度的高质子传导率
他们在本周发表在《自然材料》杂志上的一篇论文中描述了材料的进展
由可再生、核能或化石燃料生产的氢，通过碳捕获、利用和储存，有助于工业脱碳，并在多个经济部门提供环境、能源弹性和灵活性
为此，燃料电池是一种很有前途的技术，它通过电化学过程将氢转化为电，只排放水
“高效燃料电池电动汽车的商业化已经成功开始，”洛斯阿拉莫斯的项目负责人余承金说，“下一代燃料电池平台需要进一步的技术创新，向重型车辆应用发展。”
当前燃料电池的技术挑战之一是燃料电池放热电化学反应的排热
“自从我们在2016年开发出离子对配位膜后，我们一直在努力提高高温膜燃料电池的性能，”金说
“离子对聚合物适用于膜，但当我们使用该聚合物作为电极粘合剂时，高含量的磷酸掺杂剂会导致电极中毒和酸溢出
" 在当前的燃料电池中，通过在高电池电压下操作燃料电池来满足排热要求
为了实现高效的燃料电池发动机，燃料电池堆的工作温度必须至少升高到发动机冷却剂温度(100摄氏度)
“我们认为磷化聚合物是一种很好的替代物，但是由于在燃料电池的工作温度下会形成不希望的酸酐，所以以前的材料不能使用
因此，我们致力于制备不发生酸酐形成的磷酸化聚合物
斯图加特大学的凯尔斯团队能够通过在聚合物中引入氟部分来制备这种材料
令人兴奋的是，我们现在有高温燃料电池用的膜和离聚物粘合剂，”金说
十年前，阿塔纳索夫和凯尔斯开发了一种新的磷酰化聚(五氟苯乙烯)的合成方法，包括以下步骤:(1)通过自由基乳液聚合聚合五氟苯乙烯，和(2)通过亲核磷酰化反应对该聚合物进行磷酰化
令人惊讶的是，这种聚合物在> 100℃的温度范围内显示出比Nafion高的良好质子传导率，以及> 300℃的意想不到的优异化学和热稳定性
阿塔纳索夫和凯尔斯在洛斯阿拉莫斯与金分享了他们的开发成果，金的团队反过来开发了高温燃料电池，用于磷酸化聚合物
随着膜电极组件与蓝氏离子对配位膜的集成(李等
《自然能源》，1，16120，2016)，使用磷酸化聚合物的燃料电池表现出优异的功率密度(1
在H2/氧气条件下13W·cm-2，在160℃下稳定性> 500小时)
接下来呢？“达到1w·cm-2以上的功率密度是一个重要的里程碑，它告诉我们这项技术可能会成功地走向商业化，”金说
目前，该技术正通过能源部的美国可再生能源管理局和能源效率和可再生能源办公室内的氢和燃料电池技术办公室寻求商业化
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