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德赢新版app:实验室殷盼超教授团队:复合质子交换膜赋能高温氢燃料电池

2025-06-24 10

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)因可在100 ℃以上运行以提升电极反应动力学、降低水热管理成本和提高贵金属催化剂使用寿命,成为高能量密度场景的核心方向。然而,开发兼具无水质子传导性、高温机械稳定性、加工柔性及气体阻隔性的质子交换膜(PEMs)仍是全球挑战。

近日,华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的殷盼超教授课题组采用“刚柔并济”分子工程策略:通过聚合物刷—金属氧簇超分子复合设计出综合性能优异的高温无水质子交换膜。

该材料以聚乙二醇(PEG)侧链的聚合物刷为骨架,与1 nm超酸性金属氧簇(PW12)通过氢键与离子作用构筑纳米复合材料,实现了质子传导与机械性能的解耦。该体系有如下优势:1.高效质子传输:PEG侧链与PW12簇强亲和性构建密集质子通道,PW12簇在PEG中以高负载均匀分散,促进质子在拥挤簇间跳跃。2.高温结构稳定:刚性聚合物主链与超分子键协同作用,使材料在250℃下保持结构完整,力学强度和高温稳定性相比于线性PEG-POM体系大幅度提高。3.高安全兼容性:致密超分子凝聚网络结构极大抑制了氢气交叉渗透,使用制备的柔性薄膜所组装高温燃料电池实现在180 ℃稳定运行。这项研究工作不仅成功开发出一种具备优异质子传导性、机械性能、气体阻隔性能和可加工性的新型高温质子交换膜,更为高温燃料电池技术的发展提供了关键材料支持。同时,基于聚合物和金属氧簇的超分子复合策略为未来高性能、低成本、可持续的能源转换关键材料的开发提供了设计策略,有望推动高温氢燃料电池在全球能源转型中发挥更大作用。

相关研究成果以“Nanocompositesfrom Polymer Brushes and Metal Oxide Clusters for Fabrication ofHigh-Temperature Fuel Cell Proton Exchange Membranes”为题发表在Small上,其中通讯作者为殷盼超教授,第一作者为博士生刘禄。该研究工作得到了国家自然科学基金、粤港澳中子散射科学与技术联合实验室、中国散裂中子源松山湖科学城开放基金、TCL科技创新基金等科研项目的资助。

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202504372#pane-pcw-details


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