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
、danhuapengdengsuijuyouzhiyunxuqinglizitongguodexingneng
，danqichuanshuzulijiaogao
，qinglizichuandaosudujiaoman，buyijinxingshangyehuatuiguang。weici，yanjiutuanduikaifalejuyougaozhizichuandaolvdexinxingzhizichuandaomocailiao——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。