中國科學技術大學吳恒安教授、王奉超特任副研究員，與諾貝爾物理獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈˙海姆教授課題組及荷蘭內(nèi)梅亨大學研究人員合作，在石墨烯類膜材料輸運特性研究方面取得突破性進展，有望解決燃料電池核心部件“質(zhì)子傳導膜”的燃料滲透等難題，為這種高能量、低污染的新型能源設備帶來革命性進展。11月26日，國際頂尖學術期刊《自然》在線發(fā)表這一研究成果。

燃料電池可將燃料的化學能直接變?yōu)殡娔?，與普通電池相比，具有能量轉化效率高、環(huán)境污染少、無需耗費充能時間等諸多優(yōu)點。但是，由于燃料電池中的核心部件“質(zhì)子傳導膜”存在燃料滲透等未解技術難題，極大地限制了燃料電池的大規(guī)模應用。

研究小組發(fā)現(xiàn)，石墨烯以及氮化硼等具有單原子層厚度的二維納米材料可以作為良好的“質(zhì)子傳導膜”，其他物質(zhì)很難穿越，從而解決了燃料滲透的問題。此外，升高溫度或加入催化劑可顯著促進質(zhì)子穿越的過程。

“我們的課題組在該項工作中做出的核心貢獻是采用計算機模擬了二維納米材料的微觀孔隙結構，解釋了質(zhì)子穿透的機理，并計算得到了質(zhì)子通過石墨烯類膜材料所需要的最小能量，進一步對該過程給出了定量化的描述。”吳恒安說。

據(jù)介紹，此次發(fā)現(xiàn)有望為燃料電池和氫相關技術領域帶來革命性進展，使燃料電池更加高效、安全、環(huán)保、輕薄，從而加快推廣應用進程。