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2024-12-13
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前沿技术丨大连化物所开发高温聚合物电解质膜燃料电池抗磷酸流失高耐久性膜电极
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近日，中国科学院大连化物所燃料电池研究部醇类燃料电池及复合电能源共性核心技术研究组（DNL0311组）王素力研究员和孙公权研究员团队在高温聚合物电解质膜燃料电池（HT-PEMFCs）高耐久性膜电极研究方面取得新进展。
HT-PEMFCs运行温度高（150至200 ℃），具有较强的耐CO毒化能力、简单的水热管理等优势，在中远途重型车辆、船舶动力电源等领域应用前景广阔。HT-PEMFCs可实现高温运行的关键在于其使用磷酸作为质子传导的媒介。但由于在高负载（>0.4A cm-2）运行条件下，磷酸迁移的流失限制了电池比功率的提升，同时也限制了电池耐久性的提升。
本工作中，研究团队在前期磷酸/电催化剂和粘结剂界面结构、非连续磷酸液-固界面结构可控构建等研究（Science Advances，2023；J. Energy Chem.，2022）基础上，提出了利用导电聚吡咯与磷酸之间的作用构建磷酸缓冲层从而减缓磷酸流失的策略，提升了HT-PEMFCs耐久性，在严苛的加速应力测试后，该电池在1.0A/cm2工况条件下的输出电压未见明显衰减，而传统电极下降了81.8%。此外，团队通过三维X射线显微技术（3D-XRM）重建和分析膜电极中磷酸再分配发现，磷酸迁移流失及其导致的催化剂层结构变化是高负载运行条件下传统结构电池性能降低的主要原因。本工作提出的“蓄酸池”策略为HT-PEMFC在重型交通工具动力电源方面的应用提供了有利的技术支撑。
相关研究结果以“Conquering Heavy-Loading Decay of High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells with a Conductive Polymer-Based Phosphoric Acid Reservoir”为题，发表在《美国化学会能源快报》（ACS Energy Letters）上。该工作的第一作者是大连化物所DNL0311组博士研究生张子楠。上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。（文/图 张子楠、夏章讯）
文章链接：
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c00337
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