威斯康星大学麦迪逊分校设计出新型FC

据国外网站报道，燃料电池虽然优点较多，可应用范围广泛，但是价格太贵，效率在近年来也没有得到有效的提升。

近日，威斯康星大学麦迪逊分校的团队设计了一种新型燃料电池。该团队设计出一种能够使电子和质子穿梭的有机化合物，使得燃料电池使用的材料更加便宜。据了解，这款燃料电池是受到生物学启发所研究出来的，相关论文已经在Joule杂志上发表。

美国威斯康星大学麦迪逊化学教授Shannon Stahl与化学和生物工程教授撒切尔·鲁特合作进行了这项研究。研究表明，目前燃料电池中较便宜的金属虽然也可用作催化剂，但只有大量使用时这些便宜金属才能得到燃料电池所需的反应速率。但是，将过多的催化剂附着在电极上时，将会导致能源效率急速下降。

该团队的解决方案是将成本较低的金属钴装入附近的反应堆中，达到较大量的材料不会影响电池性能的目的（在传统燃料电池中，由氢产生的电子和质子，从一个电极传输到另一个电极，氢离子通过质子交换膜，电子通过外电路，然后与氧气结合产生水）。然后，该团队设计了一种新策略，将燃料电池产生的电子和质子从该反应堆传递到燃料电池。

这种运输方式需要一种载体，经过实验证明有机化合物醌（quinone）的运载性能优良。一个醌可以同时携带两个电子和质子。在团队的设计中，醌在燃料电池电极处捕获这些颗粒（电子和质子），然后将它们运送到附近装有廉价钴催化剂的反应器，最后返回燃料电池以接收其他颗粒，以此往复运行。

经过几次往返，许多醌类物质会降解成焦油状物质。针对此问题，斯塔尔的实验室设计了一种超稳定的醌衍生物。该团队通过改变醌类物质的结构，大大减缓了醌的恶化。研究表明，该团队组装的化合物稳定性可持续长达5,000小时，与未改进的醌结构相比，寿命增加了100多倍。

斯塔尔和其团队的下一步研究计划是提高醌介体的性能，使该载体能够更有效地运输电子，进而产生更多的能量。若能研究成功，燃料电池的使用成本将大大降低。