提升氢燃料电池效率和性能的新型离子材料被发现

韩国科学技术院（UNIST）的一支研究团队在提高氢燃料电池效率方面取得了突破性进展，这些电池作为环保的下一代能源得到了广泛关注。

由UNIST化学系的Myoung Soo Lah教授领导的团队成功开发了利用金属-有机框架（MOFs）的固体电解质材料。这种创新方法极大地提高了氢燃料电池中固体电解质内氢离子的导电性。

此外，研究团队引入了低酸性的客体分子，这在此类中间体中是开创性的成就。通过采用一种新颖的方法，增加MOF孔内客体分子的数量，他们实现了氢离子导电性的改善。

氢燃料电池是高效且环保的发电装置，可以将氢气和氧气之间的化学能直接转化为电能。目前，质子交换膜燃料电池主要采用Nafion作为电解质材料，因为它具有热、力学和化学稳定性以及高氢离子导电性。

然而，这些系统在操作温度范围上存在限制，并且对于性能提升的机制缺乏明确的认识。

研究团队将目光转向MOFs作为潜在的替代品。MOFs是由金属团簇和有机配体相互连接形成多孔结构的材料。具有出色的化学和热稳定性，MOFs近年来在燃料电池应用中引起了广泛关注。此外，生成时，MOFs具有不同尺寸的孔道，可以通过这些通道引入客体分子来开发具有高氢离子导电性的材料。

在这项由Myoung Soo Lah教授领导的UNIST研究团队进行的研究中，阳离子性的磺酸——一种具有正、负电荷的低酸性两性离子物质——被引入两种类型的MOFs（MOF-808和MIL-101）作为客体分子。

磺酸是一种具有出色氢键能力的客体分子，在各种形式中有效地作为传递氢离子的介质。通过增加MOF孔道内磺酸的数量，团队成功开发出具有高氢离子导电性的材料（达到10-1 Scm-1或更高水平）。此外，这些材料在较长时间内保持了氢离子导电性的卓越耐久性。

这项研究结果对于通过利用金属-有机框架来提高氢燃料电池的效率和性能具有巨大的潜力。这一突破有助于加快朝着全球碳减排努力的可持续能源解决方案的进展。

这项研究结果已发表在《应用化学国际版》杂志上。