記者從中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院了解到，天津大學(xué)尹燕研究團隊利用該院穩(wěn)態(tài)強磁場大科學(xué)實驗裝置(SHMFF)，成功研發(fā)出一種新型取向二茂鐵鹽陰離子交換膜，該陰離子交換膜具有在膜的透過面(TP)方向取向排列的離子傳輸通道，極大地提高了陰離子交換膜燃料電池的功率輸出。同時，這種陰離子交換膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、堿穩(wěn)定性和氧化還原穩(wěn)定性，可以在苛刻的電池運行條件下長期使用。研究成果日前發(fā)表在期刊《自然•能源》上。
陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)有望使用非貴金屬催化劑以及在堿性條件下更強的氧化還原活性，從而取代昂貴的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。陰離子交換膜(AEM)作為陰離子交換膜燃料電池的核心元件，其設(shè)計對于電池功率輸出和性能穩(wěn)定性至關(guān)重要。在陰離子交換膜燃料電池的工作過程中，氫氧根離子穿過陰離子交換膜從陰極到陽極參與反應(yīng)，因此電池性能受陰離子交換膜在透過面方向電導(dǎo)率的影響較大，而與膜的平行面(IP)方向電導(dǎo)率的關(guān)系較小。大多數(shù)AEM表現(xiàn)出各向同性的陰離子電導(dǎo)率，采用相分離等常用策略往往無法有效地定向增強陰離子導(dǎo)電性。
針對此問題，該團隊使用強磁場在順磁性二茂鐵鹽AEM中構(gòu)建了TP取向的傳輸通道。順磁性聚合物在強磁場下通過溶液澆鑄形成TP取向的高導(dǎo)電性。與無磁場條件下制備的對照膜比較，表明磁場能有效誘導(dǎo)生成TP取向的氫氧根離子傳輸通道。
除了高電導(dǎo)率外，堿穩(wěn)定性對AEM也至關(guān)重要。目前對AEMFC的研究大多采用60-80℃的運行溫度，與實際理想應(yīng)用溫度具有一定差距。一些有國際影響力的AEMFC研究團隊認(rèn)為，將AEMFC工作溫度提高到至少80℃對AEMFC的發(fā)展至關(guān)重要，這就需要更耐高溫的AEMFC材料。該研究中基于二茂鐵鹽的AEM恰好可以滿足該要求。一方面，茂金屬鹽自身具有高耐溫性，另一方面，強磁場誘導(dǎo)的混合價態(tài)進一步提高了堿穩(wěn)定性。因此，強磁場在本研究中具有提高電導(dǎo)率和穩(wěn)定性的雙重功能。
（來源：科技日報）