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2022-03-04 11:12:27
這種會“呼吸”的燃料電池安全又柔軟
2022-03-04 11:12:27 來源: 科技日報
近年來，便攜式可穿戴電子設備迅速發展，安全又柔軟的電池成為科學家著力攻關的方向。記者3月3日從中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所獲悉，該所合成并應用一種新型復合材料，研制出安全、耐用、適應性強且具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料電池，避免了爆炸、著火等安全問題。該成果近日發表在國際權威期刊《先進能源材料》上。
傳統電池直接用于便攜式可穿戴電子設備，其能源供應存在安全事故發生的可能性，如穿戴電源被壓縮、彎曲、切割、發生泄漏、著火等。因此，開發能夠安全使用的能源供應系統非常重要。然而，關于燃料電池安全性研究的報道較少。對于燃料電池來說，機械過載也會引起燃料泄漏或造成災難性影響。科學家一直在研發高度耐用的燃料電池，希望它可以通過如針刺、壓縮、彎曲，甚至切割等安全測試，并有效地抑制燃料泄漏、熱失控、火災、爆炸等。
近日，中科院蘇州納米所研究員周小春團隊合成和應用一種新型的瓊脂凝膠與木質海綿的復合材料即凝膠/海綿復合材料，該新型復合材料因其獨特的成分和結構，具有吸收速度快、循環性能好、甲醇吸收率高、含能高、柔性好等優點。復合材料對甲醇溶液具有很強的保留能力，在29.4千帕的壓力下，含1.5%瓊脂凝膠的復合材料可保留約90%的甲醇溶液。其面能量密度接近13.7毫瓦時每平方厘米。
此前，周小春團隊已在柔性燃料電池的關鍵材料和技術方面取得系列進展，包括柔性有序高導電電極開發、便攜式柔性制氫研究、柔性超薄氣體擴散層研制、全固態直接甲醇燃料電池、柔性導電機理，以及高安全性柔性燃料電池等。
利用這一系列技術，他們研制出一種安全、耐用、適應性強且具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料電池(DMFC)。在一系列破壞性試驗中，DMFC經受住包括長針刺穿、切割、彎曲和壓縮等考驗。新型復合材料能吸收并保留住甲醇溶液，因而在進行破壞性試驗時沒有燃料泄漏，使DMFC避免了爆炸、著火等安全問題。此外，研究利用吸收材料固化氣態或液態燃料的概念，可以普遍應用于提高其他燃料電池的安全性、適應性和柔性。
使用1.5%瓊脂凝膠復合材料的DMFC電堆的破壞性試驗。受訪者供圖
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