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研究人員開發(fā)突破性材料 解決電池散熱問題

鉅大LARGE  |  點擊量:712次  |  2020年12月31日  

據(jù)報道,聯(lián)合研究團隊開發(fā)出一種用于燃料電池的質(zhì)子導(dǎo)體。該導(dǎo)體以聚苯乙烯磷酸為基礎(chǔ),可在高達200攝氏度和無水的情況下,保持高質(zhì)子電導(dǎo)率。該團隊的研究人員分別來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LosAlamosNationalLaboratory)、德國斯圖加特大學(xué)(UniversityofStuttgart)、新墨西哥大學(xué)(UniversityofNewMexico)和桑迪亞國家實驗室(SandiaNationalLaboratories)。


燃料電池是一項很有前途的技術(shù),可以通過電化學(xué)過程將氫轉(zhuǎn)化為電能,而且只排放水。LosAlamos的項目負責(zé)人YuSeungKim表示:“雖然高效燃料電池電動汽車已成功投入商用,但要開發(fā)下一代燃料電池平臺,向重型汽車應(yīng)用發(fā)展,需要進一步實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。目前燃料電池面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一是,由燃料電池放熱電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的散熱問題。”


目前通過在高電池電壓下運行燃料電池,來滿足其散熱要求。為了構(gòu)建高效的燃料電池發(fā)動機,燃料電池堆的工作溫度至少要達到與發(fā)動機冷卻液相同的溫度(100攝氏度)。Kim表示:“我們認為磷化聚合物是很好的選擇,但在燃料電池工作溫度下會形成不必要的酸酐,因而無法采用以前的材料。


我們一直專注于制備不會形成酸酐的膦酸化聚合物。斯圖加特大學(xué)的研究人員通過將氟成分引入聚合物中,來制備這種材料。令人興奮的是,我們現(xiàn)在有了可用于高溫燃料電池的膜和離聚物粘合劑。”


十年前,Atanasov和Kerres開發(fā)了一種磷化聚五氟苯乙烯的新合成方法,其中包括(I)通過自由基乳液聚合五氟苯乙烯;(II)通過親核磷化反應(yīng)使該聚合物磷化。出人意料的是,這種聚合物在大于100攝氏度的情況下,表現(xiàn)出比Nafion更好的質(zhì)子導(dǎo)電性,并且在大于300攝氏度時,具有優(yōu)異的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。

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-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

二人與LosAlamos的Kim分享了他們的研究成果,因此Kim的團隊利用磷化聚合物,開發(fā)了高溫燃料電池。將膜電極組件與LANL的離子對配位膜集成,使用磷化聚合物的燃料電池表現(xiàn)出優(yōu)異的功率密度,在H2/O2條件下為1.13Wcm-2,在160攝氏度下可保持穩(wěn)定超過500h.Kim表示:“功率密度達到1Wcm-2以上,具有里程碑意義。由此可以看出,這項技術(shù)有可能實現(xiàn)商業(yè)化。”


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