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

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，”SeungjuLee、JongGeunSeong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–PBIPEM。”

“我们报告了一种基于SAN–CeHP–PBI的燃料电池，其最大功率密度达到2.35Wcm−2(在250°C的干燥H2/O2中)，并且在热循环(在160-240°C，H2/空气中)500小时内几乎不会发生降解。SAN–CeHP–PBI还表现出优异的CO耐受性，显示出与液氢载体系统集成的潜力。”

Lee、Song及其同事的最新研究可能很快为开发性能更好的燃料电池用于交通相关应用开辟新的可能性。尽管该团队的新型PEM已经取得了令人鼓舞的成果，但只有克服一系列技术问题后才能实现其商业化。最值得注意的是，科学家和工程师首先必须找到能够承受长时间暴露在250°C以上温度的稳定催化剂和粘合剂。

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