近日，天津大學機械學院內燃機燃燒學國家重點實驗室外籍教授邁克爾·蓋佛（Michael D. Guiver）與尹燕副教授發(fā)布了一項燃料電池的研究成果，大大提高了質子傳輸效率。

該研究團隊已成功制備出一種新穎的取向型復合質子交換膜，具有在膜的透過面方向定向排列的質子通道。將這種質子交換膜應用于燃料電池時，如同在電池內部構建起一條“高速公路”，實現(xiàn)了質子的短路徑高效傳輸，極大地提高了質子交換膜燃料電池的功率輸出。

目前，相關成果論文已于2019年2月19日在《自然-通訊》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。

近年來，有關質子交換膜燃料電池的研究成果被廣泛應用于日常生活、科技產品、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。質子交換膜燃料電池已經(jīng)向世界展現(xiàn)出極大的應用價值和開發(fā)前景。

質子在交換膜中傳導時，路徑越短越省時，省時意味著高效，高效則連接著成本和性能。如果能夠在質子交換膜內構建沿著膜透過面方向排列的無曲折、短路徑質子通道，質子傳輸?shù)男示蜁蠓忍岣?。受此啟發(fā)，與通常制備質子交換膜時使用的溶液澆鑄制膜法不同，邁克爾·蓋佛與尹燕副教授團隊在制膜過程中加入磁場的輔助，利用鐵氰配位聚合物和磷鎢酸形成的順磁性復合體，在質子交換膜的透過面方向構建了取向型短路徑高效質子傳輸通道。

可喜的是，通過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)，該質子交換膜能夠在電池運行中不斷消耗系統(tǒng)內的自由基，使得膜的應用耐久性得到提升。與現(xiàn)有的其他碳氫系質子交換膜和作為工業(yè)標準的Nafion 212膜相比，這種取向型質子交換膜在質子電導率、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。