过去科学家一直在寻找适用 100°C 以上温度的聚合物燃料电池解决方案,让电池在炎热、干燥下仍可维持高性能运转,也不用花费大量心力维护冷却系统,现在美国科学家研发出运作温度介于 80~160°C、可以设置在卡车与公车的聚合物燃料电池。
燃料电池主要是把燃料中的化学能转换成电能,最常见的燃料为氢,也就是能应用在汽车、航空与铁路系统的氢燃料电池,不过燃料电池还有许多不同燃料,共通点都是对环境的污染比电池与化石燃料还要少,近年来备受关注。
然而目前的燃料电池若要在 80~160°C 环境温度下运转,还需要添增大型散热器与空气入口等设备来维持冷却,因此科学家设想,不如开始研发适用范围达 100°C 以上的燃料电池,透过更好的热管理与水管理来实现运作更简易的燃料电池系统。
现在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)则已开发出高温聚合物交换膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cells),传统的聚合物电解质燃料电池运作温度落在 80~100℃,主要用磷酸当成电解质,不过研究团队以膦酸化聚合物(phosphonated polymer)、全氟磺酸(Perfluorosulfonic acids)取而代之,温度范围也达 80~160℃。
新型聚合物来自膦酸化聚合物、全氟磺酸,研究团队发现全氟磺酸中的质子会转移到膦酸化聚合物上,显著提高质子传导率,在 160℃ 下燃料电池额定功率密度高达 800 mW/cm2,比磷酸基燃料电池高 60%。
研究团队看好未来燃料电池的发展,团队认为,其他电动车一样,燃料电池车也是零排放未来车,不会排放任何二氧化碳、悬浮微粒,洛斯阿拉莫斯国家实验室合成与整合设备 Yu Seung Kim 表示,各国也可以自己制氢,具有零温室气体排放潜力。
- New polymer fuel cells can operate at higher temperatures and could help cut carbon emissions
- Protonated phosphonic acid electrodes for high power heavy-duty vehicle fuel cells
(首图来源:Flickr/Paul Burroughs CC BY-SA 2.0)