新型聚合物燃料电池可在更高温度下运行

一种在 80-160 摄氏度下运行的新型高温聚合物燃料电池，其额定功率密度比最先进的燃料电池更高，解决了长期存在的过热问题，这是最重要的技术障碍之一。在卡车和公共汽车等运输工具中使用中型和重型燃料电池。

由于当前的燃料电池在 60-80 摄氏度下运行，因此它们需要大型散热器和进气口以保持足够的冷却以运行。为了解决这个问题，洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们开发了一种在更高温度下运行的新型聚合物燃料电池。

“燃料电池是一种能量转换装置，通过电化学结合空气中的氢和氧来发电。与其他电动汽车一样，燃料电池汽车是零排放汽车;它们没有与烟雾相关或温室气体尾气排放，”于说洛斯阿拉莫斯材料合成与集成器件组的 Seung Kim。“此外，氢气可以从多种国内资源中生产，具有零温室气体排放的潜力。”

氢燃料电池是中型和重型公路运输的理想选择，包括卡车和公共汽车，并且还具有海洋、铁路和航空应用。

鉴于全球努力减少运输排放，需要中型和重型运输的未来电气化——无论是电池还是氢燃料电池。与电池驱动的车辆相比，燃料电池可为远程应用提供快速燃料和充足的燃料存储。几十年来，研究人员一直在探索可以在 100 C 以上运行的燃料电池，通过更好的热量和水管理来实现更简单的燃料电池系统。虽然需要额外的工作来确定重型应用所需的耐用性，但这项研究提供了一种在炎热和干燥条件下制造高性能燃料电池的解决方案。

燃料电池技术的进步也支持 Intermountain West Energy Sustainability & Transitions (I-WEST) 计划，该计划正在制定技术路线图，以将美国西部过渡到经济上可持续的碳中和能源系统。该路线图将概述西部山区各州应对挑战、利用机遇和制定公平能源转型战略的方式。

他们是如何工作的

传统的高温聚合物电解质膜燃料电池在电极处使用磷酸作为电解质。在这项研究中，洛斯阿拉莫斯团队设计了一种由膦化聚合物和全氟磺酸组成的聚合物电解质。在这种复合电解质结构中，研究小组发现全氟磺酸中的一个质子转移到膦化聚合物上，并显着提高了质子传导性。通过实施复合聚合物电解质，研究人员能够在 160 摄氏度时实现燃料电池每平方厘米近 800 毫瓦的额定功率密度，这比磷酸基燃料电池提高了 60%。

这项研究是能源部 (DOE) 高级研究计划署能源 (ARPA-E) 的成果，该项目旨在开发用于运输应用的创新高温聚合物电解质燃料电池。这项研究还支持美国能源部的能源效率和可再生能源氢和燃料电池技术办公室 (EERE-HFTO) “L'innovator”——该项目由美国能源部氢和燃料电池技术办公室支持，旨在加速创新氢和燃料的商业化国家实验室开发的电池技术，以实现强大的氢和燃料电池国内产业和供应基础。