創(chuàng)新MOF材料提高氫燃料電池效率

據(jù)報(bào)道，韓國蔚山科學(xué)技術(shù)院（UNIST）研究人員在提高氫燃料電池效率方面取得突破性進(jìn)展。氫燃料電池作為環(huán)保的新一代能源備受關(guān)注。UNIST研究人員成功開發(fā)了金屬有機(jī)框架（MOF）的固體電解質(zhì)材料，顯著提高了氫燃料電池固體電解質(zhì)中氫離子的導(dǎo)電性。此外，研究人員利用具有低酸度的客體分子，通過技術(shù)創(chuàng)新增加MOF孔內(nèi)客體分子數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了氫離子電導(dǎo)率的提高。氫燃料電池是將氫氧反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的高效環(huán)保發(fā)電裝置。目前，質(zhì)子交換膜燃料電池主要使用Nafion作為電解質(zhì)材料，Nafion具有熱、機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性以及高氫離子導(dǎo)電性。然而，質(zhì)子交換膜燃料電池面臨著工作溫度范圍的限制，并且對其性能增強(qiáng)機(jī)制缺乏明確了解。

研究人員使用了Nafion的潛在替代品MOF。MOF是由有機(jī)配體相互連接的金屬團(tuán)簇組成的材料，形成多孔結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。此外，當(dāng)生成MOF時(shí)，MOF具有不同大小的孔，可以通過孔徑引入客體分子開發(fā)具有高氫離子電導(dǎo)率的材料。研究人員將兩性離子氨基酸（一種具有正負(fù)電荷的低酸度兩性離子物質(zhì)）作為客體分子引入兩種MOF，即MOF-808和MIL-101。氨基磺酸是一種客體分子，具有多種形式的氫鍵能力，是氫離子轉(zhuǎn)移的有效介質(zhì)。通過增加MOF孔隙中氨基甲酸的含量，研究人員成功開發(fā)出具有高氫離子導(dǎo)電性的材料（達(dá)到1×10-1S/cm以上）。此外，該材料表現(xiàn)出顯著的耐久性，在較長時(shí)間內(nèi)保持氫離子的導(dǎo)電性。