一种新型磷钨酸自锚定式质子交换膜

AEnM质子交换膜燃料电池由于具有高效率、高比能量、污染小、可靠性及易维护等诸多优点,在电动汽车动力电源、紧急备用电源、军事等领域有广泛的应用前景,得到了学术界和工业界的广泛关注。其中,作为质子交换膜燃料电池核心部件的质子交换膜材料直接决定电池器件的性能及成本。目前应用最多的质子交换膜材料为全氟磺酸系列膜(最具代表性的就是DuPont公司产的Nafion®系列),然而其高成本和环境不友好等缺点限制了质子交换膜燃料电池大规模的商业应用。因此寻找成本低、高性能的质子交换膜材料成为燃料电池领域的研究热点之一。

最近,北京航空航天大学相艳课题组在低成本、高性能的质子交换膜材料研究方面取得重要进展。该课题通过溶液保护法一步将具有高的质子导电能力的磷钨酸锚定在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)聚合物的网络结构中,制备出一种新型的磷钨酸-聚乙烯吡咯烷酮/聚醚砜(HPW-PVP/PES)有机-无机复合质子交换膜材料,并且对其成膜机制以及质子传输机理进行了解析。该质子交换膜材料展示了高的质子电导率和性能稳定性,基于该复合质子交换膜的氢氧燃料电池表现出比Nafion®电池更好的输出性能,并且在500小时的电池测试中展现出良好的稳定性。相关研究结果发表在Advanced Energy Materials

此外,该质子交换膜材料其原材料便宜,制作工艺简单,解决了传统磷钨酸基质子交换膜在电池运行条件下因水溶性而易流失的问题,是一种十分具有竞争力的Nafion®膜的替代品。本研究工作开辟了质子交换膜材料研究的新思路。