将多孔有机聚合物用于燃料电池电解质

日本高级科学技术研究所(JAIST)和中国科学院大连化学物理研究所的研究人员,成功开发一种通用的合成设计,将多孔有机聚合物(POP)用于燃料电池电解质。

开发具有成本效益的新材料,是实现社会可持续发展的迫切需要。为了保护环境,清洁的能源系统必不可少,其中聚合物电解质燃料电池备受关注,这种电池必须能够把一个氢分子分解成带正电荷的质子和带负电荷的电子。为此,需要具有高质子导电性的高分子材料,只让质子通过材料,不让电子通过,从而产生电流。

如图中方案1所示,研究表明,这种合成方法简单、通用、成本效益高,可获得高质子导电性的POP聚合物。它们表现出10-2 ~ 10-1 S/ cm的优良质子电导率。

JAIST材料科学家Yuki Nagao表示:“目前的研究存在若干问题,比如POP聚合物的合成方法复杂、骨架有限等。为了开发适于实际应用的通用合成策略,我们尝试用各种骨架作为POP聚合物,并推出几乎适用于所有芳烃基材料的合成方法。”

研究人员将合成步骤分为两步。首先,合成一种POP聚合物。然后,采用后磺化方法,通过孔隙引入磺酸基。合成时使用的催化剂,在燃料电池运行过程中会导致材料退化,但是通过孔隙可以去除。在95% RH和温度分别25℃和80℃的条件下,S-POP-TPM表现出卓越的电导率,分别为2.7×10-2 S/cm和1.0×10-1 S/cm。

主要研究人员Zhongping Li表示:“研究结果表明,磺化POP聚合物的结构,为开发高质子导电材料结构设计,提供了一种简单而普遍的方法。”这项工作意味着我们向氢动力社会迈进了一步。