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高温质子交换膜燃料电池:清洁能源应用新方向

来源:西南科技大学文学与艺术学院 作者:林勇

随着人类对诸如石油、煤炭等非可再生能源的消耗日趋增加,使用此类资源所产生的碳排放对环境的影响也逐渐显现。温室气体的排放加剧了全球气温变暖问题,全球各地的生态环境因此受损严重。

出于对环境的保护以及对能源安全问题的考虑,近年来,各国逐渐加大了对新能源的开发与应用的力度。然而,开发出一种全新的能源在短期内很难实现,因此,更新能源应用技术成为人类目前较为容易的方案。

近期,一种运用名为HT-PEM(高温质子交换膜)技术的燃料电池以其耐受性好、重量小的特点,满足了众汽车制造商发展运输行业的需要,为重型汽车节能减排提供了良好的技术支持。此外,HT-PEM燃料电池还具备清洁高效的特性,有望成为重型运输车内燃机的环保替代品。

HT-PEM燃料电池是一种能够将燃料中如氢和其他可再生燃料转化为电能的清洁发电装置,其最主要的核心部件就是高温质子交换膜。这种质子交换膜是一种能够阻隔电子,使其在质子交换膜的外部进行电路传输,最终达到使用电能的 目的的部件。

质子交换膜的构成材料为全氟磺酸型聚合物,化学结构主链采用了疏水结构,在复链上又是亲水物质,这样的组合能形成若干富离子区域,区域间的相互连接便形成了利于质子传递的通道。普通的质子交换膜最佳工作温度为70~90℃,一旦超过此温度,这种质子交换膜的导电属性将迅速下降,严重降低部件的工作效率。

高温质子交换膜在普通的质子交换膜两侧增加了催化剂和碳纸,这将导电介质由水转变成了工程塑料,拓宽了燃料电池的工作温度范围,使其能够在80~240℃的温度下继续工作。

相较于传统的质子交换膜燃料电池,使用HT-PEM技术的燃料电池具备更,m的电化学动力性,部件的启动速度更快,能量转化的效率也更高。同时,HT-PEM燃料电池支持以二甲醚和氢气等其他清洁能源作为供能燃料,代替了传统的柴油、汽油等废气排放量大且严重影响周边环境的燃料。因此,HT-PEM燃料电池能够有效降低碳排放量。

随着科学界对HT-PEM技术的研究日益深入,生产体系的日臻完善,使HT-PEM燃料电池的制造成本逐渐降低。不仅如此,使用该技术的燃料电池的耐用性得到了较大的提升,高温质子交换膜燃料电池也使得机器发电对碳物质燃料的依赖性大大降低。正如HT-PEM制造公司Advent Technologies承诺的一样,HT-PEM燃料电池能以更低的成本提供更高的功率以及更长的使用寿命。

美国Los Alamos实验室与相关企业达成了合作,他们希望在未来几年里加快对HT-PEM燃料电池商业化应用领域的推广, 积极将成品推向市场,这将有效减少碳排放,缓解数百年来由于各种高污染燃料的使用而带来的全球性环境难题。

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