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  燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝置。清潔、高效、自重輕等優(yōu)點(diǎn)，使其在國防、電動車、航天和民用的移動電站、計算機(jī)與通信、分離電源、潛艇等眾多領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用前景和市場潛力。但一直以來，居高不下的成本問題使燃料電池的商業(yè)化生產(chǎn)面臨著巨大困境。

  質(zhì)子交換膜燃料電池作為目前最主要的燃料電池類型，受到人們的廣泛關(guān)注，質(zhì)子交換膜作為其核心部件，不僅僅是電池陰陽極的隔膜，還承擔(dān)著傳導(dǎo)質(zhì)子的重任。開發(fā)新的低成本、高電導(dǎo)率以及具有良好力學(xué)性能的質(zhì)子導(dǎo)體材料對于燃料電池的發(fā)展具有重要意義。

  針對此問題，殷盼超教授課題組在質(zhì)子導(dǎo)電機(jī)理研究工作的基礎(chǔ)上，將聚乙二醇與多金屬氧酸鹽復(fù)合，通過氫鍵構(gòu)筑了穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)子的有效傳遞。該項(xiàng)研究在保證高電導(dǎo)率、優(yōu)良力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，將大大降低市場上現(xiàn)有質(zhì)子交換膜燃料電池的成本，對中國燃料電池工業(yè)技術(shù)發(fā)展具有很強(qiáng)的推動作用。

  殷盼超教授介紹，聚乙二醇-多酸半固態(tài)質(zhì)子導(dǎo)體材料具有較高的質(zhì)子電導(dǎo)率、優(yōu)異的力學(xué)性能和低成本三大優(yōu)點(diǎn)。

  通過研究溫度、多酸含量對聚乙二醇-多酸納米復(fù)合材料電導(dǎo)率的影響，研究人員發(fā)現(xiàn)在該復(fù)合材料中，多酸充當(dāng)了質(zhì)子的“供應(yīng)站”和“中轉(zhuǎn)站”，質(zhì)子通過聚乙二醇鏈的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)有效傳遞。該質(zhì)子導(dǎo)體材料電導(dǎo)率在353K可達(dá)1.01 × 10^?2 S cm^?1，接近目前商業(yè)化的質(zhì)子導(dǎo)體材料。

  電池的安全問題是人們目前關(guān)注的焦點(diǎn)，同時保證電解質(zhì)材料的安全性和可加工性是目前聚合物電解質(zhì)面臨的一大難題。在此項(xiàng)研究中所制備的聚乙二醇-多酸電解質(zhì)導(dǎo)體材料，擁有獨(dú)特的剪切變稀行為：靜態(tài)或低剪切下，PEG400-70%PW₁₂粘度高達(dá)273 Pa?s，樣品表現(xiàn)為固體的性質(zhì)，不具有流動性，保證了其作為電解質(zhì)使用時的安全性；高剪切下，復(fù)合材料粘度為100 ~ 10 Pa?s，樣品表現(xiàn)出明顯的流動行為，使其具有良好的加工性、與電極材料良好的相容性。

  課題組介紹，該聚乙二醇-多酸納米復(fù)合材料所用的原料，目前都已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，價格便宜。目前基于實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)成本，制備1g的PEG400-70%PW₁₂質(zhì)子導(dǎo)體材料成本價格為20元人民幣左右，這對其商業(yè)化生產(chǎn)具有極大的推動作用。

  據(jù)悉，該項(xiàng)研究成果已發(fā)表在《Chemical Science》上，華南理工大學(xué)華南軟物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)高等研究院博士生鄭昭為文章第一作者，博士生周倩婕負(fù)責(zé)材料部分電化學(xué)性能測試，博士生李牧負(fù)責(zé)材料小角X光散射測試，殷盼超教授為通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、廣東省自然科學(xué)基金以及中央高校業(yè)務(wù)費(fèi)杰青項(xiàng)目支持。上海光源小角線站BL16B1為樣品的SAXS測試提供了大力支持。這一研究成果對發(fā)展通用的、可調(diào)控的半固態(tài)電解質(zhì)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sc/c9sc02779c#!divAbstract