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【科技日報】瓊脂+海綿,助甲醇燃料電池告別“爆”脾氣

  科學家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,避免了電池出現爆炸、著火等安全問題。

  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。

  但不論是鋰離子電池,還是甲醇燃料電池,跟汽油、火藥一樣,如果不把它“馴服”,就會有安全隱患。那么怎么馴服這匹烈馬呢?

  科技日報記者3月28日從中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所獲悉,該所周小春研究員團隊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。

  傳統材料無法解決電池中甲醇泄漏難題 

  燃料電池能量轉化效率高、污染小、功率大、安靜可靠,有著廣泛的應用前景,譬如用于電動汽車、電腦、家用電器等,甚至在20世紀60年代,就已成功地應用于阿波羅登月飛船,在航天航空領域嶄露頭角。最近,燃料電池搭上了新能源的快車,曝光度越來越高。

  甲醇燃料電池是燃料電池的一種。甲醇燃料電池又可分為被動式和主動式兩種,主動式甲醇燃料電池靠泵將液體甲醇輸送到陽極,而被動式甲醇燃料電池則拋棄了這個笨重的“拖油瓶”,靠毛細作用、液體甲醇蒸發、燃料自身重力等方法給陽極供料。但是,我們都知道甲醇是一個“爆”脾氣,如果使用不當,甲醇泄漏可能會導致著火甚至會發生爆炸事故。

  經過重重探索,科學家們找到了許多固化液態甲醇、不讓其泄漏的方法,比如利用海綿或者凝膠來吸收甲醇。但是普通的凝膠在釋放甲醇后體積會有較大收縮,并且其應力太低不能保持原有形狀;而海綿雖然有很強的液體吸收能力和較強的形狀保持能力,但其保留液體的能力較弱,在一定的壓力下,甲醇很容易從海綿中擠出。所以,現在需要一種新型材料,能夠快速吸收并固化大量液態甲醇,并且在電池系統遭遇壓縮、針刺、切割時甲醇不易泄漏。

  新材料讓燃料電池既安全又柔軟 

  周小春團隊的研究生鄒思怡同學合成了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,有望制服甲醇的“爆”脾氣。

  復合材料的制備過程很簡單。首先,將瓊脂粉溶于高純水中得到瓊脂凝膠溶液,然后將瓊脂凝膠溶液澆注到木質海綿中,在真空條件下靜置一段時間,使得凝膠充分進入到海綿孔洞中,最后得到凝膠/海綿復合材料。

  由于獨特的成分和結構,新型復合材料具有甲醇吸收率高、吸收速度快、循環性能好、含能高等優點,對甲醇溶液也具有很強的保留能力。

  利用凝膠出色的鎖水能力和海綿的強吸水性,周小春團隊成功研制了一種安全、耐用、適應性強并具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料電池。

  在一系列破壞性試驗中,該甲醇燃料電池經受住了包括長針刺穿、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,避免了爆炸、著火等安全問題。

  周小春告訴記者,這種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。

  《科技日報》 (2022-03-3006版:材 料)    


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