天津大學機械學院內(nèi)燃機燃燒學國家重點實驗室外籍教授邁克爾?蓋佛（Michael D. Guiver音譯）與尹燕副教授合作，成功通過復合鐵氰配位聚合物和磷鎢酸，制備出一種新穎的取向型復合質(zhì)子交換膜，具有在膜的透過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，同時具有優(yōu)異的化學和機械穩(wěn)定性，可在苛刻的電池運行條件下長期使用。
燃料電池被譽為繼火力、水力、核動力之后第四代電力開發(fā)技術，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能轉(zhuǎn)化為電能。質(zhì)子交換膜燃料電池具有極大的應用價值和開發(fā)前景，近年來被廣泛應用于日常生活、科技產(chǎn)品、國防建設等諸多方面，如手機和筆記本電腦等便攜式電子設備，電動汽車，區(qū)域發(fā)電站，潛艇、航天飛機的電源等。
在質(zhì)子交換膜燃料電池的工作過程中，質(zhì)子沿膜的厚度方向從陽極到達陰極參與反應。因此，電池性能受質(zhì)子交換膜在透過面方向電導率的影響較大，而與膜的平行面方向電導率的關系較小。邁克爾?蓋佛教授與尹燕副教授團隊通過磁場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復合體，在質(zhì)子交換膜的透過面方向構(gòu)建了取向型短路徑高效質(zhì)子傳輸通道?？上驳氖牵ㄟ^鐵氰配位聚合物和磷鎢酸的復合，該制膜方法同時解決了水溶性的磷鎢酸在聚合物基體中容易滲出的科學難題。
此外，通過鐵氰配位聚合物中鐵氰基團的氧化還原循環(huán)，該質(zhì)子交換膜能夠在電池運行中不斷消耗系統(tǒng)內(nèi)的自由基，使得膜的應用耐久性得到提升。與現(xiàn)有的其他碳氫系質(zhì)子交換膜和作為工業(yè)標準的Nafionò 212膜相比，這種取向型質(zhì)子交換膜在質(zhì)子電導率、燃料電池能量輸出和使用壽命方面具有更明顯的優(yōu)勢和潛力。
相關成果以題為“Magnetic field alignment of stable proton-conducting channels in an electrolyte membrane”的論文，于2019年2月19日在 《自然-通訊》 （《Nature Communications》）上在線發(fā)表。博士后劉鑫為第一作者，邁克爾?蓋佛教授與尹燕副教授為共同通訊作者，天津化學化工協(xié)同創(chuàng)新中心和天津工業(yè)大學省部共建分離膜與膜過程國家重點實驗室為合作單位。
