一项由中外科学家联合完成的成果日前登上“自然”网站的首页头条:石墨烯、氮化硼等二维纳米材料具有只容质子穿透的特性,因而有望取代制作燃料电池的核心部件“质子传导膜”的现有材料,催生燃料电池的革命性进步。
该成果由中国科学技术大学教授吴恒安、副研究员王奉超与诺贝尔物理奖得主、英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆课题组及荷兰内梅亨大学研究人员合作完成。
燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置,具有能量转化效率高、无需耗费充能时间、零排放无污染等诸多优点,应用前景非常广阔。然而,燃料电池中的核心部件“质子传导膜”存在的燃料渗透等缺陷,使其大规模应用受到很大限制。据吴恒安介绍,传统观点认为,任何气体分子或流体分子,都无法穿透不含缺陷的完美石墨烯片层。他们的研究则表明,质子可以较为容易地穿越石墨烯和氮化硼等二维材料,如果升高温度或加入催化剂,穿透过程会明显加快。基于此项研究成果,可采用石墨烯和氮化硼等单原子层二维材料作为“质子传导膜”,这将使燃料电池更高效、更安全、更环保、更轻薄。
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