澳洲科學家開發無需水的氫燃料電池超薄膜，運作温度可達 482°F

澳洲莫納什大學的科學家們開發出超薄膜，能夠使氫燃料電池在 482 華氏度（250 攝氏度）下運行。這一創新使得膜可以在無需水的情況下運作，消除了氫燃料電池使用中的一大瓶頸，並促進這些清潔能源系統的快速、大規模部署。隨著各國尋求替代化石燃料的選擇，氫燃料電池成為明顯的選擇。這些燃料電池利用氫氣供能，運行過程中不會向環境釋放任何碳，僅有水和熱量作為副產物。與太陽能和風能不同，氫燃料電池可以按需部署，並能為從數據中心到太空任務、從乘用車到飛機等廣泛的應用提供電力。

莫納什大學開發的超薄膜將改變氫燃料電池的運行方式

氫燃料電池輕巧便攜，但其性能的限制減緩了其採用的步伐。氫燃料電池中的膜執行著最重要的功能，即傳輸質子。然而，這些膜依賴水來完成這一任務。由於水在高温下會蒸發，氫燃料電池在這些温度下運行的困難，進一步限制了其使用。莫納什大學的研究人員直面這一問題，開發出不需要水進行質子傳輸的原子級薄納米片。雖然之前也曾製作過納米片，但它們在層間質子傳輸方面同樣存在問題。為瞭解決這一問題，研究人員在其納米片中使用了奈米限制的磷酸。

這些由石墨烯和氮化硼製成的膜在氫燃料電池中提供了極高的功率輸出。莫納什大學化學與生物工程系的教授黃煥廷表示：「通過將導質子的納米片與奈米限制的磷酸相結合，我們創造了一種能夠在不依賴水的情況下保持快速質子傳輸的膜。這使得氫燃料電池能在目前無法做到的更高温度下高效運行。」在實驗室測試中，研究人員展示了在高達 482 華氏度（250 攝氏度）下的超快速質子傳輸，這可能會在不久的將來促進氫燃料電池在交通和重工業以及其他清潔能源系統中的應用。

參與該項工作的莫納什大學博士後研究員何凱強補充道：「這些納米片提供了直接的質子傳輸途徑，而限制的磷酸則促進了快速的質子跳躍。這兩種機制共同提供了在乾燥和高温條件下的高導電性和穩定性。」有趣的是，該膜即使在使用濃縮甲醇作為燃料時也能運作良好，這顯示其在惡劣條件下的卓越性能。研究人員對他們的工作能夠解決膜設計中的長期障礙充滿信心，這將有助於高温電化學系統的發展。

該膜還將在氫燃料電池之外找到應用，例如用於分解水、減少二氧化碳和合成氨。納米片與奈米限制的質子載體的結合，還為未來導質子的材料開闢了機會。該研究結果已發表於《科學進展》期刊。