范德堡大学化学与生物分子工程助理教授皮兰-基丹比（Piran Kidambi）领导的研究团队在清洁能源领域取得了突破性进展。通过加入原子级薄的石墨烯层，该团队开发出了一种在不牺牲性能的情况下提高燃料电池效率的方法，解决了该领域长期存在的难题。
他们的研究成果 “Overcoming the Conductance versus Crossover Trade-off in State-of-the-art Proton Exchange Fuel-Cell Membranes by Incorporating Atomically Thin Chemical Vapor Deposition Graphene ”最近发表在《纳米快报》（ACS 出版物）上。（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05725）
燃料电池依靠质子交换膜（PEM）传导质子，同时防止氢等燃料分子的不必要交叉。更薄的膜可以通过降低电阻和提高功率密度来改善性能。然而，这通常是有代价的：更薄的 PEM 会让更多氢燃料泄漏，从而降低整体效率。
Kidambi 的团队找到了打破这种平衡的方法。
通过在 PEM 中加入单层化学气相沉积（CVD）石墨烯（一种只有一个原子厚的超薄材料），该团队将氢交叉显著减少了 50% 以上，同时保持了出色的质子传导性。具有原子级和纳米级孔隙的石墨烯层就像一道选择性屏障，允许质子通过，同时阻挡氢气等大分子。
“你希望质子通过，但又希望氢分子被保留下来，”Kidambi 说。“采用我们的方法，与传统膜相比，性能没有任何损失，但燃料泄漏仍大幅减少。这在这一领域意义重大。
除了改善目前的燃料电池设计，这项技术还有可能加速向氢基经济的过渡，尤其是在卡车、轮船和火车等重型运输领域，因为在这些领域，电气化仍然具有挑战性。
Kidambi补充说：有许多令人兴奋的应用。“氢基础设施目前是一个瓶颈。但试想一下，从农业或工业废料中生产氢气，利用像我们这样的膜进行净化，并将其用于高效燃料电池，从而实现运输和能源系统的去碳化。
该项目汇集了来自范德堡工程学院、范德堡纳米科学与工程研究所、卡尔加里大学和加拿大西部大学的多学科团队。
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