中日科学家建立燃料电池电解液的简单通用设计方法

【电池材料】 日本科学技术高等研究院（ Japan Advanced Institute of Science and Technology，JAIST）和中国科学院大连化学物理研究所（Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences）的研究人员已经成功地建立了使用多孔有机聚合物（porous organic polymers ，POPs）制造燃料电池电解质的通用合成设计。该研究成果发表在“ 材料化学前沿 ”杂志上。

 

开发具有成本效益的新材料对于建立一个环境可持续的社会来说是紧迫和必要的。聚合物电解质燃料电池对于具有环境保护效益的清洁能源系统来说具有非常重要的意义。他们必须能够将氢分子分裂为带正电的质子和带负电的电子。为此，需要具有高质子传导性的聚合物材料。电子不穿过材料，仅质子穿过，因此它们可以作为电被提取。

Design and synthesis of POPs and sulfonated POPs (S-POPs).The remarkable conductivity of S-POP-TPM was recorded on 2.7 × 10-2 and 1.0 × 10-1 S cm-1 under 25 and 80 °C at 95% RH, respectively. Credit: JAIST

研究表明，如方案1所示，获得高质子传导性POP的简单、通用且具有成本效益的合成策略。它们显示出10 -2至10 -1 S cm -1的优异质子传导率。

在目前的研究中，存在一些问题： 使用POPs 的合成方法复杂且骨架有限。为了建立通用的实用化合成策略，我们能够尝试各种骨架作为POPs并建立了合成方法几乎适用于所有基于芳香族的材料。” JAIST的材料科学家Yuki Nagao说道，他对质子传导材料已经进行了多年研究。

研究人员将合成步骤分为两个步骤。首先，合成多孔有机聚合物。第二，采用后磺化策略，然后通过孔引入磺酸基。合成过程中使用的催化剂会导致燃料电池运行期间材料变质，但也可以通过使用孔将其除去。