记者从中国科学院合肥物质科学研究院了解到，天津大学尹燕研究团队利用该院稳态强磁场大科学实验装置(SHMFF)，成功研发出一种新型取向二茂铁盐阴离子交换膜，该阴离子交换膜具有在膜的透过面(TP)方向取向排列的离子传输通道，极大地提高了阴离子交换膜燃料电池的功率输出。同时，这种阴离子交换膜具有优异的热稳定性、碱稳定性和氧化还原稳定性，可以在苛刻的电池运行条件下长期使用。研究成果日前发表在期刊《自然·能源》上。
阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)有望使用非贵金属催化剂以及在碱性条件下更强的氧化还原活性，从而取代昂贵的质子交换膜燃料电池(PEMFC)。阴离子交换膜(AEM)作为阴离子交换膜燃料电池的核心元件，其设计对于电池功率输出和性能稳定性至关重要。在阴离子交换膜燃料电池的工作过程中，氢氧根离子穿过阴离子交换膜从阴极到阳极参与反应，因此电池性能受阴离子交换膜在透过面方向电导率的影响较大，而与膜的平行面(IP)方向电导率的关系较小。大多数AEM表现出各向同性的阴离子电导率，采用相分离等常用策略往往无法有效地定向增强阴离子导电性。
针对此问题，该团队使用强磁场在顺磁性二茂铁盐AEM中构建了TP取向的传输通道。顺磁性聚合物在强磁场下通过溶液浇铸形成TP取向的高导电性。与无磁场条件下制备的对照膜比较，表明磁场能有效诱导生成TP取向的氢氧根离子传输通道。
除了高电导率外，碱稳定性对AEM也至关重要。目前对AEMFC的研究大多采用60-80℃的运行温度，与实际理想应用温度具有一定差距。一些有国际影响力的AEMFC研究团队认为，将AEMFC工作温度提高到至少80℃对AEMFC的发展至关重要，这就需要更耐高温的AEMFC材料。该研究中基于二茂铁盐的AEM恰好可以满足该要求。一方面，茂金属盐自身具有高耐温性，另一方面，强磁场诱导的混合价态进一步提高了碱稳定性。因此，强磁场在本研究中具有提高电导率和稳定性的双重功能。(科技日报记者 吴长锋)
