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更换铂金以制造更便宜的燃料电池

时间：2022-04-07 12:16:19 来源：

一种新型的聚合物膜可以代替碱性电池和燃料电池中昂贵的铂。

“我们试图同时通过改善膜的稳定性和导电性来打破这种材料权衡的范式，而这正是我们采用这种独特的聚合物材料设计所能做到的，”迈克尔·希克纳（Michael Hickner）说。 ，宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系副教授。

在固态碱性燃料电池中，阴离子交换膜在设备的阴极和阳极之间传导负电荷，即电池的负极和正极连接，以产生可用的电能。

以上：研究助理冷永军（左）和李南文（Nanwen Li）将膜电极组件放入燃料电池架中，以在其Reber Building实验室中进行数据分析。（信用：帕特里克·曼塞尔/宾夕法尼亚州）

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当前，大多数燃料电池使用的膜都需要有效但昂贵的铂基催化剂。

Hickners的新型聚合物是一种独特的阴离子交换膜-一种新型的燃料电池和电池膜-允许使用更具成本效益的非贵金属催化剂，并且不会像以前的阴离子交换膜那样损害耐用性或效率。

希克纳说：“这里真正要做的是提供替代品，可能的选择，新技术，以便希望将燃料电池商业化的人们现在可以在旧范式和带有阴离子交换膜的新可能性之间进行选择。”

创造这种选择需要一些直觉和好运。在材料科学与工程的博士后研究员Nannan Li的带领下，Hickners团队创造了几种不同的膜，每种膜的化学成分略有不同。

然后，他们在模拟条件下运行每个变化，以预测在实际燃料电池中哪一个是最佳的。研究人员在最近一期的《美国化学学会杂志》上报告了他们的发现。

耐用高效

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基于这些初步测试，该小组预测，在化学组成中具有长16碳结构的膜将提供最佳的效率和耐久性，分别通过电导率和长期稳定性来衡量。

然后，团队测试了运行中的燃料电池设备中的每种可能性，并测量了每种材料变化的燃料电池输出量和寿命。

尽管有预言，但连续运行60小时后，含有较短6碳结构的膜仍被证明更加耐用和高效。

“我们有些惊讶。.。希克纳说：“我们认为我们的实验室测试中最好的材料不一定是经过长时间评估的电池中最好的材料。”他补充说，研究人员仍在努力理解为什么6碳变异具有更好的长期稳定性，通过详细研究电池的工作条件，可以得出比16碳样品更持久的耐久性。

因为成功的膜比最初的实验室研究预测的要有效得多，所以研究人员现在对考虑膜在细胞内部经历的相互作用感兴趣。

希克纳说：“我们拥有燃料电池的输出-因此我们具有燃料电池的效率，燃料电池的使用寿命-但我们在燃料电池中没有分子规模信息。”“那就是下一步，试图详细了解这些聚合物如何在燃料电池中发挥作用。”

美国能源部高级研究计划局能源部与位于康涅狄格州的领先的膜电解器公司Proton OnSite合作，为该项目提供了资金。

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