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儀表網 研發快訊】近日，大連化學物理研究所燃料電池研究部醇類燃料電池及復合電能源共性核心技術研究組(DNL0311組)王素力研究員和孫公權研究員團隊在高溫聚合物電解質膜燃料電池(HT-PEMFCs)高耐久性膜電極研究方面取得新進展。
HT-PEMFCs運行溫度高(150至200oC)，具有較強的耐CO毒化能力、簡單的水熱管理等優勢，在中遠途重型車輛、船舶動力電源等領域應用前景廣闊。HT-PEMFCs可實現高溫運行的關鍵在于其使用磷酸作為質子傳導的媒介。但由于在高負載(>0.4A/cm2)運行條件下，磷酸遷移的流失限制了電池比功率的提升，同時也限制了電池耐久性的提升。
本工作中，研究團隊在前期磷酸/電催化劑和粘結劑界面結構、非連續磷酸液-固界面結構可控構建等研究(Science Advances，2023；J. Energy Chem.，2022)基礎上，提出了利用導電聚吡咯與磷酸之間的作用構建磷酸緩沖層從而減緩磷酸流失的策略，提升了HT-PEMFCs耐久性，在嚴苛的加速應力測試后，該電池在1.0A/cm2工況條件下的輸出電壓未見明顯衰減，而傳統電極下降了81.8%。此外，團隊通過三維X射線顯微技術(3D-XRM)重建和分析膜電極中磷酸再分配發現，磷酸遷移流失及其導致的催化劑層結構變化是高負載運行條件下傳統結構電池性能降低的主要原因。本工作提出的“蓄酸池”策略為HT-PEMFC在重型交通工具動力電源方面的應用提供了有利的技術支撐。
相關研究結果以“Conquering Heavy-Loading Decay of High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells with a Conductive Polymer-Based Phosphoric Acid Reservoir”為題，發表在《美國化學會能源快報》(ACS Energy Letters)上。該工作的第一作者是我所DNL0311組博士研究生張子楠。上述工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的資助。(文/圖 張子楠、夏章訊)
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