提升氫燃料電池效率和性能的新型離子材料被發(fā)現(xiàn)

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（UNIST）的一支研究團(tuán)隊(duì)在提高氫燃料電池效率方面取得了突破性進(jìn)展，這些電池作為環(huán)保的下一代能源得到了廣泛關(guān)注。

由UNIST化學(xué)系的Myoung Soo Lah教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了利用金屬-有機(jī)框架（MOFs）的固體電解質(zhì)材料。這種創(chuàng)新方法極大地提高了氫燃料電池中固體電解質(zhì)內(nèi)氫離子的導(dǎo)電性。

此外，研究團(tuán)隊(duì)引入了低酸性的客體分子，這在此類中間體中是開創(chuàng)性的成就。通過(guò)采用一種新穎的方法，增加MOF孔內(nèi)客體分子的數(shù)量，他們實(shí)現(xiàn)了氫離子導(dǎo)電性的改善。

氫燃料電池是高效且環(huán)保的發(fā)電裝置，可以將氫氣和氧氣之間的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前，質(zhì)子交換膜燃料電池主要采用Nafion作為電解質(zhì)材料，因?yàn)樗哂袩帷⒘W(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性以及高氫離子導(dǎo)電性。

然而，這些系統(tǒng)在操作溫度范圍上存在限制，并且對(duì)于性能提升的機(jī)制缺乏明確的認(rèn)識(shí)。

研究團(tuán)隊(duì)將目光轉(zhuǎn)向MOFs作為潛在的替代品。MOFs是由金屬團(tuán)簇和有機(jī)配體相互連接形成多孔結(jié)構(gòu)的材料。具有出色的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，MOFs近年來(lái)在燃料電池應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注。此外，生成時(shí)，MOFs具有不同尺寸的孔道，可以通過(guò)這些通道引入客體分子來(lái)開發(fā)具有高氫離子導(dǎo)電性的材料。

在這項(xiàng)由Myoung Soo Lah教授領(lǐng)導(dǎo)的UNIST研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的研究中，陽(yáng)離子性的磺酸——一種具有正、負(fù)電荷的低酸性兩性離子物質(zhì)——被引入兩種類型的MOFs（MOF-808和MIL-101）作為客體分子。

磺酸是一種具有出色氫鍵能力的客體分子，在各種形式中有效地作為傳遞氫離子的介質(zhì)。通過(guò)增加MOF孔道內(nèi)磺酸的數(shù)量，團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出具有高氫離子導(dǎo)電性的材料（達(dá)到10-1 Scm-1或更高水平）。此外，這些材料在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持了氫離子導(dǎo)電性的卓越耐久性。

這項(xiàng)研究結(jié)果對(duì)于通過(guò)利用金屬-有機(jī)框架來(lái)提高氫燃料電池的效率和性能具有巨大的潛力。這一突破有助于加快朝著全球碳減排努力的可持續(xù)能源解決方案的進(jìn)展。

這項(xiàng)研究結(jié)果已發(fā)表在《應(yīng)用化學(xué)國(guó)際版》雜志上。