近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院（张久俊院士团队）在高温质子交换膜燃料电池领域取得重要阶段性进展，相关成果以“Polyhedral-oligomeric-silsesquioxane-based Binders Enable High-temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells with high Power and long durability”为题发表在材料类国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》期刊上（影响因子18，中科院一区）。

磷酸-铂毒化界面

高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs，运行温度为150~200 ℃）是一种清洁高效的氢能源转换技术，具有能量转化效率高（50%~70%）、环境友好等优点。其中，使用磷酸掺杂聚苯并咪唑电解质膜（PA-PBI）材料体系，在重载运输、工业热电联供及离网能源等场景具备规模化应用潜力，但仍面临输出功率不足，铂利用率低以及动态操作条件下电解质流失的三大核心瓶颈。

针对上述问题，福州大学颜蔚研究员、张久俊院士团队从缓解膜电极磷酸毒化和调控膜电极磷酸分布两个方面实现高性能和高稳定性膜电极构筑。开发了一种用于PA-PBI体系的新型粘结剂—笼型聚倍硅氧烷（POSS），并基于“锚定磷酸阴离子-构建质子传输中转站-抑制电解质流失”的创新理念开展系统性研究。实验结果表明，POSS的引入可显著增强Pt/C电极的耐磷酸毒化能力和抗磷酸流失性能：在0.1M H₃PO₄电解液中，添加NH₂POSS粘结剂的Pt/C电极，其氧还原反应（ORR）半波电位较商用Pt/C电极正移11 mV。优异的耐磷酸毒化特性直接推动HT-PEMFCs膜电极铂载量的降低，该体系在HT-PEMFCs中实现了2.4 W/cm²的峰值功率密度，且在低铂负载量0.3 mg cm^-2下，铂质量比功率密度高达6.0 W/mg_pt, 相关性能处于当前文献报道的先进水平。此外，项目团队还发现POSS的磷酸吸附行为，可有效阻止电解质磷酸从膜到电极的迁移与流失，使电池在90 ℃动态负载运行条件下保持较低的电压衰减速率。项目团队通过开发新型粘结剂，为解决HT-PEMFCs铂载量过高与实际运行稳定性不足的问题提供了可行策略，具有重要的应用参考价值。

我院博士后张子楠为该论文的第一作者。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一通讯单位。论文得到福州大学颜蔚研究员和张久俊院士的共同指导。获得国家自然科学基金、外国资深学者研究基金团队试点项目、中国科学院B类先导专项等资助。

文章信息：Zinan Zhang, Ruili Sun, Yinze Zuo, Wei Yan*, Zewen Zhuang, Chenhui Xu, Zhangxun Xia*, Suli Wang*, Jiujun Zhang* Polyhedral-oligomeric-silsesquioxane-based Binders Enable High-temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells with High Performance and Durability（Accepted Manuscript）