創(chuàng)新聚合物材料讓氫燃料電池產(chǎn)生更高能量

紐約大學(xué)坦頓工程學(xué)院研究人員打造了一種創(chuàng)新聚合物材料，能夠讓氧氣大量輸入電池的電極反應(yīng)區(qū)，讓氫燃料電池產(chǎn)生更多能量。

蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，亞馬遜等公司、中國等國家以及豐田、本田和現(xiàn)代等汽車制造商都在大舉投資氫燃料電池技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施，而且對銷售以及實(shí)現(xiàn)聚合物電解質(zhì)燃料電池非常感興趣，可能會給交通帶來革命性的變化，到時(shí)街道上到處都是只排放水蒸氣的汽車。不過，清潔、綠色汽車和卡車的實(shí)現(xiàn)遇到了阻礙，因?yàn)椴粌H需要大規(guī)模投資建造基礎(chǔ)設(shè)施，還需要對氫燃料電池本身進(jìn)行更高效的處理。降低生產(chǎn)成本，即讓氫燃料電池的標(biāo)價(jià)更低將為更多汽車細(xì)分市場（包括高性能汽車）打開大門，可能會推動綠色汽車更廣泛地得到普及。

紐約大學(xué)坦頓工程學(xué)院（NYU Tandon School of Engineering）的一組研究人員在化學(xué)和生物分子工程系教授Miguel Modestino的領(lǐng)導(dǎo)下，與勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）合作打造了一種創(chuàng)新聚合物材料，能夠解決上述兩個(gè)問題。

該項(xiàng)研究關(guān)注于一種混合材料，能夠?qū)⒋髿庵械难鯕獯罅枯斎腚姵氐碾姌O反應(yīng)區(qū)，讓燃料電池產(chǎn)生更多的能量，同時(shí)大量減少燃料電池所需的鉑等昂貴材料，可能能夠解決該行業(yè)面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。

氫燃料電池包括陽極和陰極，兩者之間還有一層電解質(zhì)膜。氫氣在陽極中以及與陰極中氧氣反應(yīng)的過程會產(chǎn)生電力。在氫氣與陰極中氧氣發(fā)生反應(yīng)時(shí)，氫核會與氧結(jié)合產(chǎn)生電和水。離子導(dǎo)電聚合物（離聚物）被用于將氫核帶到反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)的氧氣需要穿透離子導(dǎo)電聚合物以驅(qū)動發(fā)電反應(yīng)。

目前，市面上的離聚物通常是全氟磺酸（PFSA）聚合物，由聚四氟乙烯（PTFE）基質(zhì)線性鏈狀主鏈和附著在PTFE主鏈上的懸垂磺酸基組成，而PTFE主鏈?zhǔn)蛊渚邆潆x子導(dǎo)電性。雖然這種與特氟隆分子結(jié)構(gòu)相似的復(fù)雜組合具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，但研究表明，它的氧滲透性較低，導(dǎo)致燃料電池的能量損失較大。

因此，研究人員通過將線性PTFE聚合物鏈與龐大的氟化鏈交換，同時(shí)解決了幾個(gè)問題。氟化鏈增加了基質(zhì)的自由體積，極大地增強(qiáng)了其在燃料電池中運(yùn)輸氧氣的能力。

Modestino解釋表示，此種混合材料包括一種離子導(dǎo)電聚合物以及具有高滲透性的基質(zhì)?！拔覀兇蛟炝艘环N創(chuàng)新共合物，將兩種成分結(jié)合在一起，其中一部分傳導(dǎo)離子，另一部分具備高滲透性，可以滲透氧氣。”（文中圖片均來自紐約大學(xué)）