新工作展示了即将推出的燃料电池电解质的化学性质

时间：2022-05-31 09:42:48来源：

早在 1930 年代，发明者就已将燃料电池商业化，作为一种多功能能源。现在，来自日本的研究人员强调了即将到来的燃料电池技术的重要组成部分的令人印象深刻的化学作用。

在最近发表在“物理化学快报”杂志上的一项研究中，筑波大学的研究人员揭示了在未来燃料电池的先进碳基晶体中连续的质子传输——能量转移，以及支持这种现象的化学。

在即将到来的燃料电池技术中，这种晶体作为固体电解质——能量传输介质——令人兴奋。固体电解质具有一些电解质所缺乏的优点，例如高功率效率和长期稳定性。基于咪唑的固体电解质是常见的研究热点。研究人员推测，咪唑鎓琥珀酸氢盐晶体可以表现出连续的质子传输，也称为质子跳跃。目前，这尚未得到严格证实，这是筑波大学的研究人员旨在解决的问题。

“广泛的实验室工作和计算机模拟与氢琥珀酸咪唑晶体中的单向质子传输一致，”该研究的主要作者和高级作者 Yuta Hori 教授说。“因为这个假设需要进一步测试，我们计算了晶体的分子能量与分子几何形状，并将我们的结果与实验数据进行了比较。”

为此，研究人员研究了已知的晶体结构，以研究一种称为氢键的化学结构。这些键上的氢动力学促进了晶体内的质子传输，并且可以通过红外光谱进行实验表征。

“光谱结果很清楚，”Hori 解释说。“我们发现，在 100°C 时，与 30°C 相比，在与质子传输有关的峰值中出现了向更高能量的转变。”

此外，研究人员计算的峰值——那些对应于对氢键有强烈贡献的化学单元——与实验数据一致。

“我们使用这些结果构建了一个模型，该模型可以追踪质子如何从一个咪唑单元转移到另一个单元，”Hori 说。“我们计算的势能面提供了与质子跳跃一致的几何和能量数据。”

如今，燃料电池用于为广泛的民用基础设施和技术提供动力，并且通常产生很少的排放。提高燃料电池在更多样化应用中的效用，部分是通过了解它们的工作原理来实现的，这将有助于在未来几年最大限度地减少浪费的电力。

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