天大製備燃料電池用新型雲母膜

中化新網訊 11月16日
，記者從天津大學了解到，該校化工學院張生教授與英國曼徹斯特大學諾貝爾物理獎得主安德烈·海姆教授等人合作，證實了石墨烯、氮化硼等二維材料中氫離子傳輸的選擇性為100%
，並發現雲母可以用作燃料電池的高溫質子交換膜。這兩項研究成果有望推進氫燃料電池汽車的商業化發展。

張生介紹說：“雲母薄膜的質子傳導率提高了100倍bei
，這zhe是shi令ling人ren鼓gu舞wu的de。目mu前qian石shi墨mo烯xi被bei認ren為wei是shi一yi種zhong有you前qian景jing的de質zhi子zi傳chuan導dao材cai料liao，我wo們men的de研yan究jiu則ze發fa現xian雲yun母mu可ke能neng比bi石shi墨mo烯xi更geng有you前qian景jing，因yin為wei它ta的de質zhi子zi傳chuan導dao性xing更geng好hao、熱穩定性更高，且儲量豐富價格低廉。”研究還發現，在150℃條件下
，雲母膜質子傳導率超過了目前商業化要求的2倍
，也就是說將其用於燃料電池後，汽車的行駛裏程也將極大提升。

據(ju)張(zhang)生(sheng)介(jie)紹(shao)
，與(yu)目(mu)前(qian)的(de)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)相(xiang)比(bi)，氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)較(jiao)短(duan)，隻(zhi)需(xu)要(yao)一(yi)兩(liang)分(fen)鍾(zhong)即(ji)可(ke)加(jia)滿(man)燃(ran)料(liao)
，且(qie)能(neng)量(liang)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)極(ji)高(gao)，續(xu)航(hang)更(geng)長(chang)。其(qi)核(he)心(xin)組(zu)件(jian)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)是(shi)氫(qing)氣(qi)失(shi)去(qu)電(dian)子(zi)成(cheng)為(wei)氫(qing)離(li)子(zi)，而(er)後(hou)穿(chuan)過(guo)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)在(zai)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)傳(chuan)輸(shu)形(xing)成(cheng)完(wan)整(zheng)的(de)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)。因(yin)此(ci)，質(zhi)子(zi)傳(chuan)導(dao)膜(mo)的(de)氫(qing)離(li)子(zi)傳(chuan)導(dao)性(xing)能(neng)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)影(ying)響(xiang)著(zhe)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)能(neng)量(liang)轉(zhuan)化(hua)效(xiao)率(lv)。目(mu)前(qian)，商(shang)業(ye)化(hua)質(zhi)子(zi)傳(chuan)導(dao)膜(mo)厚(hou)度(du)至(zhi)少(shao)在(zai)5微米以上，若能開發更薄的膜材料
，將有助於質子傳導性的提高，對燃料電池汽車具有重要的推動意義。

該研究團隊製備了微米級的單層氮化硼薄膜，並根據理論計算出具有六邊網格結構的石墨烯和氮化硼等二維材料隻允許直徑小於10皮米的粒子通過。他們實驗發現
，通過氮化硼薄膜的電流全部是由氫離子傳導產生的。“這zhe不bu僅jin是shi我wo們men理li解jie質zhi子zi和he薄bo膜mo相xiang互hu作zuo用yong的de一yi個ge重zhong要yao進jin展zhan，同tong時shi也ye對dui石shi墨mo烯xi等deng二er維wei材cai料liao在zai高gao效xiao膜mo分fen離li領ling域yu的de基ji礎chu研yan究jiu與yu應ying用yong開kai發fa具ju有you重zhong要yao意yi義yi。”張生表示。

進一步的研究發現，石墨烯、氮dan化hua硼peng等deng雖sui具ju有you隻zhi允yun許xu氫qing離li子zi通tong過guo的de性xing能neng
，但dan其qi傳chuan輸shu阻zu力li較jiao高gao
，氫qing離li子zi傳chuan導dao速su度du較jiao慢man，不bu宜yi進jin行xing商shang業ye化hua推tui廣guang。為wei此ci，研yan究jiu團tuan隊dui開kai發fa了le具ju有you高gao質zhi子zi傳chuan導dao率lv的de新xin型xing質zhi子zi傳chuan導dao膜mo材cai料liao——雲母膜。研究發現
，處理後的雲母薄膜質子傳導率得到極大提高，且使用溫度從100℃延伸到了500℃，極具應用前景。

目(mu)前(qian)，研(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)正(zheng)在(zai)製(zhi)備(bei)大(da)尺(chi)度(du)雲(yun)母(mu)膜(mo)，利(li)用(yong)其(qi)高(gao)效(xiao)的(de)質(zhi)子(zi)傳(chuan)導(dao)性(xing)和(he)優(you)良(liang)的(de)耐(nai)熱(re)性(xing)，用(yong)於(yu)改(gai)進(jin)現(xian)有(you)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)
，推(tui)動(dong)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)完(wan)善(shan)。此(ci)外(wai)，該(gai)膜(mo)材(cai)料(liao)還(hai)可(ke)用(yong)於(yu)液(ye)流(liu)電(dian)池(chi)、太陽能光解水、海洋藍色能源提取，以及二氧化碳電化學轉化成甲酸、乙醇、乙烯等清潔能源技術。