质子可轻松穿透石墨烯 有望为燃料电池带来革命性变化

01.12.2014  08:36

  记者11月28日从中科大获悉,该校科学家吴恒安、王奉超与诺贝尔物理奖得主、英国曼彻斯特大学安德烈·海姆教授课题组及荷兰内梅亨大学研究人员联合发现,质子可轻松穿透“神奇材料”石墨烯,这一发现有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性变化。成果发表在最新一期国际权威期刊《自然》上。

  燃料电池是一种发电装置,可将燃料具有的化学能直接变为电能。与其他电池相比,燃料电池具有能量转化效率高、无需耗费充能时间、零排放无污染等优点。然而,燃料电池中的核心部件“质子传导膜”存在燃料渗透等难题,极大地限制了燃料电池的大规模应用。被称为“神奇材料”的石墨烯,是一种由单层碳原子呈蜂窝状紧密排列的网状二维材料,具有独特的力学和电学特性,如不透水、不透气、薄而坚固等。传统观点认为,任何气体分子或流体分子,哪怕是最小的氢原子,都无法穿透不含缺陷的完美石墨烯片层。

  但中外科学家最新研究成果显示,质子可轻松穿透石墨烯和氮化硼等二维材料,从而解决了燃料电池的燃料渗透难题,且温度升高或加入催化剂可显著促进质子穿越。

  “这是一个革命性的突破。”王奉超特任副研究员介绍,基于这项研究成果,如采用石墨烯和氮化硼等二维材料作为“质子传导膜”,可使燃料电池更高效、更安全、更环保、更轻薄,并可广泛应用于航空航天、国防等领域。