應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)的一種新方法是開發(fā)強(qiáng)大的氫燃料電池并將其商業(yè)化。 這些電池包含聚合物電解質(zhì)膜，充當(dāng)電極（使電流能夠流過(guò)物質(zhì)的導(dǎo)體）之間的屏障。該膜可傳導(dǎo)質(zhì)子，但抑制電子、氫分子和氧分子的運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)車輛加速或減速時(shí)，燃料電池的運(yùn)行不一致，導(dǎo)致產(chǎn)水量變化并導(dǎo)致膜膨脹和收縮。隨著時(shí)間的推移，這種重復(fù)變形會(huì)導(dǎo)致裂紋的形成，加速氫通過(guò)膜的意外傳輸，最終導(dǎo)致運(yùn)行故障。

用于解決這些裂紋的一些方法包括自由基清除劑和碳?xì)浠衔镫娊赓|(zhì)膜。然而，雖然這些方法提供了一些防御，但它們不能完全阻止這些裂紋的形成和傳播。

據(jù)外媒報(bào)道，由仁川國(guó)立大學(xué)（Incheon National University）的Sang Moon Kim 副教授和哈佛大學(xué)（Harvard University）的Zhugang Suo教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出一種耐疲勞的聚合物電解質(zhì)膜。相關(guān)研究已發(fā)表于期刊《Advanced Materials》。

圖片來(lái)源：期刊《Advanced Materials》

Kim博士表示：“為了確保燃料電池長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，必須開發(fā)一種具有高抗重復(fù)疲勞失效能力的電解質(zhì)膜，以反映燃料電池的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和退化過(guò)程。在我們的研究中，我們利用互穿網(wǎng)絡(luò)來(lái)有意分散重復(fù)性壓力?！?/p>

在這項(xiàng)研究中，研究人員創(chuàng)建了一類抗疲勞電解質(zhì)膜，由Nafion和全氟聚醚（PFPE）的互穿網(wǎng)絡(luò)組成。Nafion是一種常用的塑料電解質(zhì)，具有質(zhì)子傳導(dǎo)特性，而PFPE則形成耐用的橡膠狀聚合物網(wǎng)絡(luò)。橡膠的加入會(huì)略微降低電化學(xué)性能，但會(huì)顯著提高疲勞閾值和使用壽命。

研發(fā)出的新膜含有不同含量的PFPE；其中，飽和度為50%的材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。與原來(lái)的Nafion相比，這種Nafion-PFPE膜將疲勞閾值提高了175%，并將燃料電池的壽命延長(zhǎng)了1.7倍。此外，未改性的Nafion膜的使用壽命為242小時(shí)，而復(fù)合膜的使用壽命為410小時(shí)。這些結(jié)果共同表明，加入橡膠網(wǎng)絡(luò)會(huì)適度降低電化學(xué)性能，但會(huì)顯著提高抗疲勞性和整體壽命。

這項(xiàng)研究在不同的應(yīng)用中都具有重要意義。引入具有穩(wěn)定性和耐用性的燃料電池系統(tǒng)有可能為各行業(yè)的創(chuàng)新鋪平道路。除了燃料電池汽車領(lǐng)域之外，它還可以影響無(wú)人機(jī)、個(gè)人飛行器、備用電源、叉車、自行車和踏板車等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。