燃料电池新型聚合物电解质膜可在高达 250°C 的温度下工作

导读 氢燃料电池是一种可以通过电化学反应将氢气中储存的化学能转化为电能的装置,是大型车辆电气化的有前途的解决方案。基于低温(低于 100&deg...
2024-06-21 11:05:47

氢燃料电池是一种可以通过电化学反应将氢气中储存的化学能转化为电能的装置,是大型车辆电气化的有前途的解决方案。基于低温(低于 100°C)质子交换膜的燃料电池被发现对运输特别有利,因为它们产生的噪音有限、功率密度高,并且只需一次氢气充电即可为车辆提供长距离动力。

尽管前景光明,但这些低温燃料电池只有在高纯度氢气以及复杂的热和水管理系统下才能良好运行,这可能会限制它们的实际应用。将燃料电池的工作温度提高到 120-150 °C 可以帮助降低这些要求,使它们对氢杂质具有更高的耐受性,同时简化其内部冷却和水管理。

韩国科学技术研究院的研究人员最近设计了一种用于燃料电池的新型聚合物电解质膜 (PEM),可在 200°C 以上和 250°C 以下的温度下工作。他们提出的 PEM 在《自然能源》杂志上发表的一篇论文中进行了介绍,它基于一种独特的质子载体,可以部署为自组装网络以促进质子传导。

“在高温下运行 PEM 燃料电池可以简化水管理,并允许与高纯度燃料处理单元集成,”Seungju Lee、Jong Geun Seong 及其同事在论文中写道。“然而,现有的基于聚苯并咪唑 (PBI) 的 PEM 燃料电池面临挑战,因为在 160°C 以上质子传输不稳定。我们报告了一种由对-PBI (p-PBI) 和磷酸氢铈 (CeHP) 组成的 PEM,可在高达 250°C 的燃料电池中使用。”

研究人员表明,在 200°C 以上的温度下,PEM 的主要质子传导发生了变化,使得燃料电池能够在 250°C 的温度下运行。在初步测试中,基于这种膜的燃料电池被发现具有出色的电化学性能,与在这种高温下运行的其他现有燃料电池相比,它对 CO 的耐受性更高,运行时间更长。

Lee、Seong 及其同事写道:“在制造过程中,海胆状的 CeHP 颗粒在 PBI 基质 (SAN–CeHP–PBI) 内形成分散良好且相互连接的自组装网络,使得它们在 200°C 以上的质子传输方面优于 p-PBI 和传统的 CeHP–PBI PEM。”

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