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Uma equipe de pesquisa da Universidade Jiao Tong de Xangai publicou um estudo inovador na Science Advances, desenvolvendo uma membrana de troca protônica de ácido perfluorossulfônico de cadeia lateral curta (SSC-PFSA) e construindo com sucesso uma estrutura de canal iónico do tipo "fluxo-reservatório". Isso melhora significativamente o desempenho da célula de combustível em condições de alta temperatura e baixa humidade, fornecendo uma solução inovadora para o desafio de "operação em alta temperatura e baixa humidade" na indústria de células de combustível.

I. Análise da Estrutura "Fluxo-Reservatório"

Utilizando tecnologia de dispersão in situ por radiação síncrotron, a equipe de pesquisa observou em tempo real a evolução estrutural do material da membrana durante a formação do filme, descobrindo uma microestrutura nunca antes vista:

"Fluxo": Refere-se a minúsculos canais iónicos com um diâmetro de aproximadamente 2–3 nm, semelhantes a capilares, cuja função principal é facilitar o transporte rápido de protões, garantindo alta eficiência na condução protónica.

"Reservatório": Refere-se a regiões hidrofílicas com cerca de 10 nm de tamanho, capazes de adsorver e armazenar grandes quantidades de água, prevenindo efetivamente a desidratação da membrana em ambientes de alta temperatura e resolvendo o problema de gestão de água em condições de alta temperatura e baixa humidade.

II. Dados de Desempenho Impressionantes

Em comparação com as membranas tradicionais de Nafion, a membrana SSC-PFSA alcança um salto qualitativo em várias métricas-chave, conforme mostrado na tabela abaixo:

III. Razões Principais para o Desempenho Superior

1. Maior Capacidade de Troca Iónica: A estrutura de cadeia lateral curta permite uma distribuição mais densa de grupos sulfónicos, aumentando efetivamente a capacidade de condução protónica.
2. Estabilidade Mecânica e Térmica Aprimorada：O alto peso molecular e o comportamento de cristalização fortalecem o corpo da membrana，com uma temperatura de transição vítrea significativamente superior à das membranas tradicionais。
3. Menor Energia de Ativação para Transporte de Prótons：A energia de ativação é de ０，０６９ ｅＶ， inferior aos ０，０８４ ｅＶ das membranas Nafion，indicando movimento mais fácil de prótons e maior eficiência de condução。
4. Excelente Capacidade de Gestão de Água：A taxa de absorção de água é ９３％ mais rápida que a das membranas Nafion，equilibrando efetivamente a umidade para evitar problemas de secagem ou inundação da membrana。

IV。 Ampla Perspectiva de Aplicação e Significado Industrial

Esta tecnologia não é apenas adequada para células de combustível veiculares，mas também demonstra grande potencial em cenários de alta temperatura e alta potência，como caminhões pesados，drones e fontes de alimentação de reserva。A equipe de pesquisa desenvolveu uma única bateria com densidade de potência de １，５８８ Ｗ／ｃｍ²，atingindo o nível superior das atuais células de combustível baseadas em PFSA。

O surgimento da membrana SSC－PFSA representa um avanço em cadeia completa no campo das células de combustível，do “design estrutural” à “realização de desempenho”。Sua importância reside em três aspectos：primeiro，o modelo “fluxo－reservatório” fornece um novo paradigma para o subsequente design de materiais，comprovando que a microestrutura determina o desempenho macro；segundo，técnicas de caracterização in situ，como a radiação síncrotron，são chave para desvendar a “caixa preta” do processo de formação do filme；terceiro，a integração entre indústria，universidade e pesquisa acelerará a transição das conquistas laboratoriais para a industrialização，impulsionando a indústria de células de combustível para uma nova etapa de desenvolvimento。