不同燃料电池技术的性能比较。信用:DOI:10.1038/s 14560-021-00971-x一种新型高温聚合物燃料电池，工作温度为80–160摄氏度，额定功率密度高于最先进的燃料电池，解决了长期存在的过热问题，这是卡车和公共汽车等运输车辆使用中重型燃料电池的最大技术障碍之一。因为目前的燃料电池在60-80摄氏度下运行，它们需要大的散热器和进气口来保持足够的冷却以运行。为了解决这个问题，洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家开发了一种新的聚合物燃料电池，可以在更高的温度下运行。
“燃料电池是一种能量转换装置，通过电化学方式将空气中的氢和氧结合起来产生电能。像其他电动汽车一样，燃料电池汽车是零排放汽车；他们没有与烟雾相关的或温室气体的尾气排放，”洛斯阿拉莫斯材料合成与集成设备集团的于承金说。“此外，氢气可以从各种国内资源中生产，具有零温室气体排放的潜力。”
氢燃料电池是中型和重型公路运输的一个很好的选择，包括卡车和公共汽车，也有海运、铁路和航空应用。
鉴于全球努力减少运输中的排放，未来中重型运输的电气化——无论是使用电池还是氢燃料电池——都是必需的。与电池驱动的车辆相比，燃料电池为远程应用提供了快速的燃料供给和充足的燃料储存。几十年来，研究人员一直在探索能在100摄氏度以上工作的燃料电池，通过更好的热和水管理，使燃料电池系统变得更简单。虽然需要额外的工作来建立重型应用所需的耐久性，但这项研究提供了一种在高温干燥条件下制造高性能燃料电池的解决方案。
燃料电池技术的进步也支持了美国西部能源可持续发展和转型倡议，该倡议正在制定一个技术路线图，将美国西部转变为经济上可持续的碳中和能源系统。该路线图将概述山间西部各州应对挑战、利用机遇和建立公平的能源过渡战略的方法。
它们是如何工作的
传统的高温聚合物电解质膜燃料电池在电极处使用磷酸作为电解质。在这项研究中，洛斯阿拉莫斯团队设计了一种由磷酸化聚合物和全氟磺酸组成的聚合物电解质。在这种复合电解质结构中，研究小组发现全氟磺酸中的一个质子转移到磷酸化聚合物中，大大提高了质子传导率。通过实现复合聚合物电解质，研究人员能够在160摄氏度下实现每平方厘米近800毫瓦的燃料电池额定功率密度，这比基于磷酸的燃料电池提高了60%。
这篇题为“用于离子对高温聚合物电解质膜燃料电池的质子化膦酸电极”的论文今天发表在《自然能源》杂志上。
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