新發現的高分子材料使燃料電池更加實用便宜！

材料牛注：由Los Alamos團隊研究發現了一種新型高分子材料的燃料電池，可在更大的溫度范圍工作，或將大大推進燃料電池實用化進程。

近日，一類新型高分子材料燃料電池問世，被認為是可以彌補現有的低溫和高溫燃料電池的不足，將低成本燃料電池在汽車和發電站領域的產業化進程又推進了一步。

美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）的研究團隊與日本國家先進工業科技學院（National Institute of Advanced Industrial Science and Technology）的Yoong-Kee Choe和美國圣地亞國家重點實驗室（Sandia National Laboratories）的Cy Fujimoto共同研究發現，用四丁基磷酸銨離子對制備的燃料電池，不管有沒有水，都可以在80°C 至200°C的環境下工作，大大擴展了燃料電池的應用范圍。該研究成果最近發表在Nature Energy雜志中。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室該研究項目的負責人Yu Seung Kim說：“高分子燃料電池是未來汽車和發電站能源系統中的關鍵技術。在更大的工作溫度范圍內使用具有抗水性的燃料電池有很多好處。但是目前的燃料電池汽車需要加濕的引流液和巨大的散熱器使水溫降低，否則會大大增加燃料電池系統的成本，因此，人們希望尋找到一種能在各種環境下靈活使用的傳導質子的材料。令人激動的是，我們已經找到了！”

從上個世紀七十年代開始，洛斯阿拉莫斯國家實驗室就在燃料電池領域處于世界領先地位。燃料電池技術能減少石油的消耗和二氧化碳的排放，緩解空氣污染，對于國家能源安全、環保和經濟具有十分重要的意義。這一研究結果，正好契合國家實驗室在能源安全和未來材料研發方面的使命。

目前，主要由兩類高分子燃料電池：一類是低溫燃料電池，需要水來傳導質子，工作溫度不能超過100℃；另一類是高溫燃料電池，可以在180℃的無水環境下運行，但是它在溫度低于140℃的吸水環境下的性能會大打折扣。

研究人員發現，四丁基磷酸銨離子對有很強的交互作用，即使在水分凝結的環境下也能高效的傳導質子。

Kim說：“這一發現產生時，我們正在研究一種有四組氨基的堿性氫氧化物導體膜。由于堿性膜只能在堿性環境中使用，我們就想到可以通過加入磷酸使它在低PH值環境下工作。當Choe通過計算得到的數據表明，四銨鹽和磷酸鹽之間的交互作用比傳統的酸堿作用強8.7倍的時候，所有人都興奮極了！”

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究團隊與圣地亞國家重點實驗室的Fujimoto合作，制備了這種四氨官能團高分子材料。利用離子對制作的燃料電池原型，在80-200°C都能展示出極好的性能和穩定性，這是目前其他燃料電池技術達不到的。

接下來會怎么樣呢？Kim表示：“采用高性能的電極材料，這一新型燃料電池的性能和穩定性將會更好。”這一進步將會在未來五到十年內實現，屆時這種新型燃料電池將更有希望替代現有汽車和發電站中的低溫燃料電池。

原文鏈接：New class of fuel cells offer increased flexibility, lower cost。

文獻鏈接：An operationally flexible fuel cell based on quaternary ammonium-biphosphate ion pairs。

本文由編輯部楊洪期提供素材，williamyen編譯，點我加入材料人編輯部。