王素力、孙公权研发出新型宽温区高温聚合物电解膜

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近日，我所燃料电池研究部醇类燃料电池及复合电能源共性核心技术研究组（DNL0311组）王素力研究员和孙公权研究员团队在高温聚合物电解质膜方面取得新进展，研发出一类磷酸掺杂聚联苯基哌啶电解质膜，拓宽了高温聚合物电解质膜燃料电池（HT-PEMFC）的操作温度，为该类电池的实际应用奠定基础。
　　HT-PEMFC具有耐CO毒化能力强、水热管理简单等优势，近年来成为研究热点。传统的磷酸掺杂聚苯并咪唑膜由于磷酸与聚苯并咪唑之间的结合能（约17kcal/mol）低，在低温、高湿环境下磷酸流失严重，导致该类电池工作温度限制在140至180℃。拓宽高温聚合物电解质膜的工作温度，将有助于缩短电池启动时间，提高电池的环境适应性。

　　本工作中，研究团队利用哌啶阳离子与H2PO4-间的高结合能（约109kcal/mol）这一特点，研制出一类新型磷酸掺杂聚联苯基哌啶电解质膜，审稿人认为，“该工作首次将哌啶基电解质膜应用于HT-PEMFC领域”。团队通过取代基效应调控哌啶阳离子周围的空间位阻、聚合物电解质膜的亲疏水性和自由体积，从而进一步提高了电解质膜与磷酸间的相互作用（磷酸掺杂度较传统聚苯并咪唑提高约1倍），将电解质膜的工作温度拓宽到40至160℃。特别是在120℃、干气进料这一“汽车中燃料电池的理想运行条件”下，该类膜组装的燃料电池峰值功率密度超过1.5W/cm2，且稳定运行时间超过1000h，展示了该类聚合物电解质膜的优势与实际应用潜力。
　　相关研究结果以“Alkyl-substituted poly(arylene piperidinium) membranes enhancing the performance of high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells”为题，于近日发表在《材料化学A》（Journal of Materials Chemistry A）上。该工作的共同第一作者是我所DNL0311组博士研究生李晋源和杨丛荣副研究员。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。（文/图 李晋源）
　　文章链接：https://doi.org/10.1039/D3TA02158K
          文章来源：大连化物所
      孙公权，中国科学院大连化学物理研究所研究员。1993年于中国科学院长春应用化学研究所获理学博士学位；1995年赴美国耶哥电化学科学中心，博士后；1997年         任长春应用化学研究所电化学研究室主任，环境友好化学部部长。1999年赴美国乔治亞理工学院、圣母大学，访问教授。2001年7月         作为国外引进杰出人才受聘于大连化学物理研究所，现任大连洁净能源国家实验室燃料电池研究部部长，兼任直接醇类燃料电池研究         组组长。孙公权研究员多年来一直致力于高比能、环境友好的直接醇类燃料电池、金属（Mg、Al、Zn等）/空气（O2、H2O2）储备电池以及电化学传感器件等研究开发工作。现为国家“973”计划项目首席科学家，总装型谱项目首席专家，中国科学院能源动力专家组专         家。《Fuel Cell》、《The Open Electrochemistry Journal》、《化学与物理电源系统》等多种学术期刊编委或客座编辑。先后主持承担了40余科研项目，获研究成果6项。在内外核心期刊发表研究论文180余篇（国外120余篇），累计他引4000余次。申请国内外发明专利85件（国外10余件）。参与编写著作3部，译著1部。培养博士/硕士研究生40余人，享有国务院政府特殊津贴。     
         王素力，女，1971年生。现任中国科学院大连化学物理研究所研究员，直接醇类燃料电池研究组副组长。1995年毕业于辽宁师范大学获学士学位，2000年于辽宁师范大学获硕士学位，2007年于中国科学院大连化学物理研究所获博士学位。自2000年以来一直从事直接醇类燃料电池（DAFC）的研究开发工作，主要研究方向包括电解质膜、膜电极等。在国内外学术期刊发表论文40余篇，申请中国发明专利20余项，获授权专利7项，参与翻译著作一部（排名第二），获大连市技术发明一等奖一项（排名第三）。