要实现质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的高功率输出，需要在质子交换膜(PEMs)中实现高效的质子传输。由于质子电导率与膜含水量密切相关，在相对湿度较低和温度较高的条件下进行质子交换膜燃料电池的实际应用时，严重的PEM脱水已成为一个关键的瓶颈问题。虽然有几种策略试图缓解这一问题，包括外部热量和水的管理，纳米破裂疏水层的涂层和膜固有保水的优化，但只实现了部分改进。近日，天津大学机械学院内燃机燃烧学国家重点实验室外籍教授迈克尔·盖佛(Michael D. Guiver音译)的研究小组，采用氰亚铁配位聚(4-乙烯基吡啶)(CP4VP)、磷钨酸(PWA)和聚砜(PSf)的膜配方，通过强磁场制备了新型高保水性PEMs。在磁辅助膜铸造过程中，CP4VP和PWA与新型的Fe-CºN-W键结合形成了一种微孔普鲁士蓝类似物(PBA)骨架，这种新型的Fe-CºN-W键是顺磁的，因此同时对准了膜的透面(TP)方向。中性PSf膜组件为嵌入的TP取向的导电通道提供了机械强度。这种新型的微孔PBA骨架具有较高的亲水性和质子导电性，其微孔直径为5.4 Å，微孔相当于纳米海绵，只吸收更多的固着性非冷冻水，对质子传导有效。这些纳米海绵在较低的湿度和较高的温度下表现出高效的吸水和保水能力，水化过程比脱水过程快得多。此外，与TP对齐的PBA通道还可以加快水的传输速度，从而促进PEM质子的传导，使其超越任何先前报道的保水性膜。因此，这种新型纳米海绵样PEMs在原位和非原位评价中都表现出了卓越的性能，特别是在低相对湿度和较高的温度下，其性能显著优于商业基准Nafion® 212。

Xin Liu, Junfeng Zhang, Chenyang Zheng, et al. Oriented proton-conductive nano-sponge-facilitated polymer electrolyte membranes. Energy & Environmental Science, 2019.

DOI: 10.1039/c9ee03301g

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee03301g#!divAbstract