天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室外籍教授邁克爾?蓋佛（Michael D. Guiver音譯）與尹燕副教授合作，成功通過(guò)複合鐵氰配位聚合物和磷鎢酸，製備出一種新穎的取向型複合質(zhì)子交換膜，具有在膜的透過(guò)面方向定向排列的質(zhì)子通道，可極大提高質(zhì)子交換膜燃料電池的功率輸出，同時(shí)具有優(yōu)異的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，可在苛刻的電池運(yùn)行條件下長(zhǎng)期使用。
燃料電池被譽(yù)為繼火力、水力、核動(dòng)力之後第四代電力開(kāi)發(fā)技術(shù)，是一種快捷可靠的能量轉(zhuǎn)換裝置，可以直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。質(zhì)子交換膜燃料電池具有極大的應(yīng)用價(jià)值和開(kāi)發(fā)前景，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用於日常生活、科技產(chǎn)品、國(guó)防建設(shè)等諸多方面，如手機(jī)和筆記型電腦等可擕式電子設(shè)備，電動(dòng)汽車(chē)，區(qū)域發(fā)電站，潛艇、太空梭的電源等。
在質(zhì)子交換膜燃料電池的工作過(guò)程中，質(zhì)子沿膜的厚度方向從陽(yáng)極到達(dá)陰極參與反應(yīng)。因此，電池性能受質(zhì)子交換膜在透過(guò)面方向電導(dǎo)率的影響較大，而與膜的平行面方向電導(dǎo)率的關(guān)係較小。邁克爾?蓋佛教授與尹燕副教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)磁場(chǎng)輔助的溶液澆鑄制膜法，利用鐵氰配位聚合物和磷鎢酸形成的順磁性複合體，在質(zhì)子交換膜的透過(guò)面方向構(gòu)建了取向型短路徑高效質(zhì)子傳輸通道?？上驳氖?，通過(guò)鐵氰配位聚合物和磷鎢酸的複合，該制膜方法同時(shí)解決了水溶性的磷鎢酸在聚合物基體中容易滲出的科學(xué)難題。
此外，通過(guò)鐵氰配位聚合物中鐵氰基團(tuán)的氧化還原迴圈，該質(zhì)子交換膜能夠在電池運(yùn)行中不斷消耗系統(tǒng)內(nèi)的自由基，使得膜的應(yīng)用耐久性得到提升。與現(xiàn)有的其他碳?xì)湎蒂|(zhì)子交換膜和作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Nafionò 212膜相比，這種取向型質(zhì)子交換膜在質(zhì)子電導(dǎo)率、燃料電池能量輸出和使用壽命方面具有更明顯的優(yōu)勢(shì)和潛力。
相關(guān)成果以題為“Magnetic field alignment of stable proton-conducting channels in an electrolyte membrane”的論文，於2019年2月19日在 《自然-通訊》 （《Nature Communications》）上線上發(fā)表。博士後劉鑫為第一作者，邁克爾?蓋佛教授與尹燕副教授為共同通訊作者，天津化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心和天津工業(yè)大學(xué)省部共建分離膜與膜過(guò)程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為合作單位。
