韩国研发新型燃料电池聚合物电解质膜 让燃料电池可在250℃以上高温下运行

盖世汽车讯 氢燃料电池是一种能够通过电化学反应将存储在氢气中的化学能转化为电能的装置，为实现大型车辆电气化提供了有发展前景的解决方案。基于低温（100℃以下）质子交换膜制成的燃料电池在交通领域的优势尤其明显，因为其产生的噪音较少、功率密度较高，而且能够使用少量的氢气为车辆提供长时间的动力。

韩国研发新型燃料电池聚合物电解质膜（图片来源：韩国科学技术研究院）

尽管发展前景很好，但此类低温燃料电池的只能在纯氢的环境中及复杂热管理与水管理系统下才能正常运行，因此限制了其在现实世界中的使用。将燃料电池的运行温度提高到120℃至150℃可以帮助降低此类要求，增强燃料电池对氢气杂质的耐受性，并简化内部的冷却与水管理系统。

据外媒报道，近日，韩国科学技术研究院（the Korea Institute of Science and Technology）的研究人员为燃料电池设计了一种新型的聚合物电解质膜（PEM），可以在200 °C以上至250°C的高温下运行。该种PEM基于一种独特质子载体，可以作为自组装网络促进质子传导。

研究人员Seungju Lee, Jong Geun Seong及其同事在论文中指出：“在高温下运行PEM燃料电池可以简化水管理，实现高纯度燃料处理单元的集成。不过，现有基于耐高温材料聚苯并咪唑（PBI）的PEM燃料电池在160 °C以上时面临着质子传输不稳定的挑战。我们研究了一种由对苯二甲酰胺PBI和铈氢磷酸盐（CeHP）制成的PEM，可以在高达250°C的燃料电池中使用。”

研究人员发现，在温度高于200°C时，他们研发的PEM的主要质子传导方式发生了改变，可以让燃料电池在250 °C下运行。初步测试显示，基于此种膜制成的燃料电池表现出卓越的电化学性能，与其他在此类高温环境下运行的现有燃料电池相比，具有更高的耐CO（一氧化碳）能力以及更长的运行时间。

研究人员Lee，Seong及其同事在论文中写道：“在制备过程中，海胆状的CeHP颗粒在PBI基体（SAN–CeHP–PBI）中形成一种分散均匀且互相连接的自组装网络，使其在200 °C以上时的质子传输性能上优于p-PBI和传统的CeHP–PBI PEM。我们研发了一种基于SAN–CeHP–PBI制成的燃料电池，在干燥的氢气/氧气环境且温度为250 °C的环境中的最大功率密度为2.35 瓦/平方厘米，在氢气/空气且温度为160 °C至240 °C 的环境中，在热循环长达500小时过程中，性能几乎没有下降。SAN–CeHP–PBI还展现出优异的一氧化碳耐受性，有望使其可以与态氢载体系统集成。”

Lee，Song及其同事的该项研究可能很快为研发性能更好、适用于交通相关应用的燃料电池开辟新的可能性。尽管该团队的新型PEM已经取得了十分有发展前景的结果，但只有在克服一系列技术问题之后，其才能实现商业化。其中最主要的是，科学家和工程师必须首先确定研发出能够长期在250 °C以上高温下使用的稳定催化剂和粘合剂。