研究人员用新型离子导电共聚物对氢燃料电池进行涡轮增压

 
化学和双分子工程教授(右)和博士学位的Miguel Modestino学生Adlai Katzenberg撰写了一篇研究报告，详细介绍了可显着改善氢燃料电池中氧气输送能力的新型新型离子导电共聚物。图片来源：纽约大学丹顿工程学院。亚马逊等公司重新投资了氢燃料电池技术和基础设施。像中国这样的国家;丰田，本田和现代等汽车制造商正在激发销售，并对聚合物电解质燃料电池的巨大潜力产生了新的兴趣。新的兴趣可能会改变交通运输方式，并在街道上充斥唯一的废水是水蒸气的车辆。
但是，对于清洁，绿色汽车和卡车的愿景不仅受到对大规模基础设施投资的需求，而且还需要对电池单元本身进行更高效处理的需求。降低生产成本(即降低标价)的创新，以及为更多汽车细分市场(包括高性能汽车)敞开大门，可以推动更大的采用率。
由化学和生物分子工程教授Miguel Modestino领导的纽约大学丹东工程学院的研究人员团队和劳伦斯伯克利国家实验室共同开发了一种新型聚合物材料，具有解决这两个问题的潜力。
发表在《美国化学学会杂志》上的“用于改进的电化学装置的高渗透性全氟磺酸离聚物：洞察结构与性质之间的关系”研究集中在一种混合材料上，该材料可将大量氧气从大气中输送到细胞的电极反应部位(产生更多的能量)，同时减少了燃料电池所需的昂贵材料(如铂)的数量，从而潜在地解决了一项重大的行业挑战。
研究人员开发了这种高渗透性的全氟磺酸离聚物，可以改善氢燃料电池的性能。图片来源：纽约大学丹顿工程学院氢燃料电池包括一个阳极和一个阴极，在它们之间具有电解质膜。电是在一种过程中产生的，氢在阳极中发生反应，大气中的氧气在阴极中发生反应。在后者的位置，质子与氧气结合产生电能和水。离子导电聚合物(离聚物)用于将质子带到反应部位，空气中的氧气需要渗透穿过质子以驱动发电反应。
当前，可商购获得的离聚物通常是全氟磺酸(PFSA)聚合物，其包含由聚四氟乙烯(PTFE)基质组成的线性链状主链，以及连接至PTFE主链的赋予离子导电性的侧基磺酸基。虽然这种分子上与铁氟龙相似的复杂组合具有较高的机械强度，但研究表明它的氧气渗透性低，导致燃料电池的能量损失显着。
研究人员包括化学工程学教授，纽约大学丹登分校聚合物研究所所长冈本佳夫(Yoshi Okamoto)和博士。作为美国能源部研究金的一部分进行研究的学生Adlai Katzenberg通过将线性PTFE聚合物链与庞大的氟化链交换而立即解决了几个问题，氟化链增加了基体的自由体积，极大地增强了其在燃料电池中运输氧气。
Modestino解释说，杂化材料包含离子导电聚合物和高渗透性基质。他说：“我们创造了一种新型的共聚物，其中两种成分结合在一起。一部分传导离子，而另一部分则对氧气具有很高的渗透性。” “冈本一直在研究用于气体分离过程的高渗透性聚合物。当我加入纽约大学丹顿分校时，我们意识到他开发的聚合物可以用于改进燃料电池。”