中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員周小春團(tuán)隊(duì)在柔性燃料電池的關(guān)鍵材料和技術(shù)方面取得系列進(jìn)展：柔性有序高導(dǎo)電電極開發(fā)【ACS Nano, 2017, 11(6), 5982-5991】、便攜式柔性制氫研究【Journal of the American Chemical Society, 2017, 139(40), 14277-14284，Chemical Science, 2017, 8, 7498-7504，ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(4), 4473-4481】、柔性超薄氣體擴(kuò)散層研制(Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 5986-5994)、全固態(tài)直接甲醇燃料電池(Journal of Power Sources, 2020, 450, 227669)、柔性導(dǎo)電機(jī)理【Chinese Chemical Letters, 2019, 30(6), 1282-1288】，以及高安全性柔性燃料電池等(Advanced Energy Materials, 2021, 2103178)。
近日，科研團(tuán)隊(duì)合成和應(yīng)用一種新型的瓊脂凝膠與木質(zhì)海綿的復(fù)合材料即凝膠/海綿復(fù)合材料，研制出一種安全、耐用、適應(yīng)性強(qiáng)且具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料電池(DMFC)。該新型復(fù)合材料因其獨(dú)特的成分和結(jié)構(gòu)，具有吸收速度快(約10s即吸收飽和)、循環(huán)性能好(循環(huán)次數(shù)>10次)、甲醇吸收率高(>5.2 g/g)、含能高(>30.8 kWh/kg)、柔性好等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料對甲醇溶液具有很強(qiáng)的保留能力，在29.4 kPa的壓力下，含1.5%瓊脂凝膠的復(fù)合材料可保留約90%的甲醇溶液。其面能量密度接近13.7 mWh cm-2。同時(shí)，研究使用凝膠/海綿復(fù)合材料制成的DMFC電堆經(jīng)受住一系列破壞性試驗(yàn)，包括長針刺穿、切割、彎曲和壓縮等。新型復(fù)合材料能吸收并保留住甲醇溶液，因而在進(jìn)行破壞性試驗(yàn)時(shí)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(tài)或液態(tài)燃料的概念，可以普遍應(yīng)用于提高其他燃料電池的安全性、適應(yīng)性和柔性。
相關(guān)研究成果以Highly Safe, Durable, Adaptable, and Flexible Fuel Cell Using Gel/Sponge Composite Material為題，發(fā)表在Advanced Energy Materials上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等的資助。
圖1.凝膠/海綿復(fù)合材料的吸收性能
圖2.復(fù)合材料在壓力下的溶液保持能力
圖3.使用1.5%瓊脂凝膠復(fù)合材料的DMFC電堆的破壞性試驗(yàn)
