最有前途的清潔能源技術之一變得越來越好。特拉華大學的研究人員開發(fā)了有記錄的最強大，最耐用的氫氧化物交換膜燃料電池組件，最近在《自然能源》雜志上對此進行了描述。關鍵成分?由聚(芳基哌啶)聚合物制成的膜。

燃料電池通過將化學能轉化為電能來工作，是環(huán)保汽車的有希望的動力來源。市場上已經(jīng)有一些燃料電池汽車，包括豐田Mirai，本田Clarity和現(xiàn)代Nexo，并且全世界正在開發(fā)更多燃料電池汽車。汽車中的燃料電池需要使用昂貴的催化劑材料(通常為鉑)來加速內部的化學反應。這些被稱為質子膜交換燃料電池，它們包含由氟化聚合物材料制成的膜。

近二十年來，化學與生物分子工程學杰出工程學教授閆玉山一直致力于開發(fā)不需要鉑催化劑而使用銀或鎳等較便宜金屬的燃料電池。這些燃料電池包含氫氧化物交換膜，使燃料電池中的環(huán)境從酸性(當前的標準)轉變?yōu)閴A性。燃料電池的膜決定了內部的pH值。

嚴說：“通過從質子交換膜燃料電池轉換為氫氧化物交換膜燃料電池，我們可以使組件便宜得多。” 為了制造這些膜，Yan一直在尋求開發(fā)最佳的，可擴展的材料。對于這個項目，Yan招募了另一位UD電化學專家的專業(yè)知識-化學與生物分子工程的助理教授徐炳軍。

氫氧化物交換聚合物由長鏈或主鏈以及帶有帶正電的離子或陽離子的側鏈組成。在Yan的過去工作中，用于氫氧化物交換膜的側鏈包含非常大的正陽離子，這使它們穩(wěn)定，但阻礙了它們的導電性。另一方面，骨架材料便宜，但不夠穩(wěn)定。

“問題是：如何用小陽離子同時生成對有機陽離子和主鏈都穩(wěn)定的新聚合物?” 嚴說。

該團隊使用聚(芳基哌啶)聚合物開發(fā)了具有良好特性的氫氧化物交換膜和離聚物，包括良好的離子傳導性，化學穩(wěn)定性，機械強度，氣體分離性和選擇性溶解性。當團隊在僅含極少量鉑的系統(tǒng)中測試這些材料時，充滿空氣的燃料電池的峰值功率密度為920毫瓦/平方厘米，并且以500毫安/平方厘米的電流密度穩(wěn)定運行在攝氏95度的空氣中放置300個小時。

對于90攝氏度以上的氫氧化物交換膜而言，這是目前為止最佳的功率和穩(wěn)定性指標，而在汽車上使用該技術所需的5000個工作小時內，最接近的一個人來了。

該團隊開發(fā)了一系列聚合物，使這項技術具有通用性。嚴說：“我們可以轉動許多旋鈕來提供不同的特性。” “這是一種平臺技術。”

該論文的第一作者是研究助理王俊華(Junhua Wang)，他自2011年以來一直從事該項目。“要做出這一發(fā)現(xiàn)，他必須非常有耐心，”嚴說。“他是一位出色的科學家，非常有創(chuàng)造力和勤奮。”