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新型燃料电池膜可在高、低温下稳定工作

2016-10-19 152浏览 标签: 美国燃料电池膜
研究内

      2016年9月7日讯,燃料电池提供动力却不污染环境。但是,汽车燃料电池膜在过高温度或过低温度下都无法达到最佳效率。美国桑迪亚国家实验室开发了一种聚苯膜恰好可以弥补上述缺点,并且这种聚苯膜可以在宽泛的温度范围内工作,比已经商品化的膜材料使用时间长三倍,目前桑迪亚国家实验室已为该技术申请了专利。
       燃料电池的质子交换膜允许质子穿过,某种意义上讲,膜材料的外壳提供了电子,形成了燃料电池的电力输出。如果电池内的质子不能轻易的穿过,最终将会导致电力输出的降低。
       目前大多数燃料电池汽车所使用的商品化质子交换膜需要水分,致使其无法在水的沸点温度以上工作。过高的温度会使膜材料变得干燥,增加电池阻抗、降低电池性能。所以目前质子交换膜存在的问题之一就是需要水合氢燃料流以确保燃料电池的性能,燃料电池无法在水沸点温度以上高效的工作。使用含水燃料流,配以大尺寸散热器以驱散废热,这种问题将会得以解决。目前这种方法被汽车制造商采用,但是,如果质子交换膜不再需要水分,那么一切问题都会变得简单。
       另一个问题是,目前隔膜材料成本约为250-500美元/平方米,而能源部(DOE)的目标是5-20美元/平方米。研究人员一直试图通过高温法来解决这个问题,具体是在超过350℉下,用磷酸掺杂聚苯并咪唑膜得到的。但是,膜无法在磷酸不降解的条件下在低于284℉的温度下工作。因此,该膜材料不适合于汽车领域的应用,冷发动机启动产生的冷凝水以及燃料电池正极的其它正常反应不可避免的带来温度的下降直到不可取的范围,导致磷酸无法参与反应。
       现在,洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的首个铵离子对燃料电池使磷酸盐和桑迪亚的专利隔膜结合了起来。磷酸二氢铵离子对在176-320℉的宽范围内具有良好的稳定性,对湿度变化反应良好,并且比大多数商业化的质子交换膜燃料电池膜的持续时间高出3倍。
       该研究团队开发的聚合物包含了正电荷,与磷酸的作用更加强烈,从而提高了磷酸的保持力。加热燃料电池和增加湿度都不会降低性能。”该项工作是由美国能源部能源效率和可再生能源办公室下属的燃料电池技术办公室支持。

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