科學家正努力給燃料電池建“高速（sù）公（gōng）路”

或許有一天，我們的手機或筆記本電腦的（de）電池不再靠充電而是加“燃料”，待機時間可以數倍增加，性能也會更好。這看起來似乎有點不可（kě）思議，而這種可以隨時隨地添加“燃料”的電池正是關係（xì）到國計民（mín）生的可再生能源領域的重點研究方向之一。天津大學機械學院內燃機燃燒學國家（jiā）重點實驗室（shì）外籍教授邁克爾（ěr）·蓋（gài）佛（MichaelD.Guiver）與尹燕副教授的一項研究成果有（yǒu）望將這一設想向（xiàng）前推進。

目前該研究團隊（duì）已成功製備出一種新穎的取向（xiàng）型複合質子交換膜（mó），具有在膜的透（tòu）過麵方向定向排列（liè）的質子（zǐ）通道。將（jiāng）這種質子交換膜（mó）應用於燃料電池時，如（rú）同在（zài）電（diàn）池內部構建起一條“高速公路”，實現（xiàn）了質子的短路徑高效（xiào）傳輸（shū），極（jí）大地提高了（le）質子（zǐ）交換膜（mó）燃料電（diàn）池的功率輸出。

人類正處於（yú）一個能源變革的時代。燃料電池被（bèi）譽為繼火力、水力、核動力之後（hòu）第四代電力開發（fā）技術，是一種快捷可靠的能量轉（zhuǎn）換裝置，可以直接將燃料的化（huà）學能轉（zhuǎn）化（huà）為電能。

近年來（lái），有關質（zhì）子交換膜燃料電池的研究成果被廣泛應用於日常生活、科技產品、國防建設等諸多方（fāng）麵，如手機和（hé）筆記本電腦等便攜式電子設備，電動汽（qì）車，區域發電站，潛（qián）艇、航天飛機的電源。質子交換膜燃料（liào）電池已經向世（shì）界展現出極大的應用價值和開發前（qián）景。

質子在交換膜中傳（chuán）導時，路徑越短（duǎn）越省時，省時意味著高效（xiào），高（gāo）效（xiào）則連接著（zhe）成本和性（xìng）能。如果（guǒ）能夠在質子交換膜內構建（jiàn）沿著膜透過麵方向排（pái）列的無曲（qǔ）折、短路徑質子通道，質子傳（chuán）輸的（de）效率就會大幅（fú）度提高。受此啟發，與通常（cháng）製備質（zhì）子交換膜時使用的溶液澆鑄製膜法不同，邁克爾·蓋佛與尹燕副教授（shòu）團隊在製膜過程中（zhōng）加（jiā）入磁場（chǎng）的輔（fǔ）助，利用鐵氰配（pèi）位聚合物和磷鎢酸形（xíng）成的順磁性（xìng）複合體（tǐ），在（zài）質子交（jiāo）換膜的透過麵方向構建了取向型短路徑（jìng）高效質子傳輸通道。

可喜的是，通過鐵氰配位聚合物（wù）和磷（lín）鎢酸（suān）的複合，該製膜方法同（tóng）時解決了水（shuǐ）溶性的磷鎢酸在聚合物基體中容易滲出的科學難題。

此外，通過鐵氰配位聚合物中（zhōng）鐵氰基團的氧（yǎng）化還原循環，該質子交換膜能夠（gòu）在電池運行中不斷消耗係統內的自（zì）由基，使得膜的應用耐久性得到提升。與（yǔ）現有的（de）其他碳氫係（xì）質子交換（huàn）膜（mó）和作為工業標準的Nafion212膜相比，這種取向型質子交換膜在質子電導（dǎo）率、燃料電池能（néng）量輸出和使（shǐ）用壽命方麵具有更明顯的優（yōu）勢和潛力。

相關成果論文於2019年2月19日在《自然-通訊》在（zài）線發表。博士（shì）後劉鑫（xīn）為第一作者，邁克爾·蓋佛教授與（yǔ）尹燕副教授為共同通訊作（zuò）者，天津化學（xué）化工協同（tóng）創新（xīn）中心和天津工業大學省部共建分離膜與膜過（guò）程國家重點實驗室為合作單位。