這種會(huì)“呼吸”的燃料電池安全又柔軟

近年來(lái)，便攜式可穿戴電子設(shè)備迅速發(fā)展，安全又柔軟的電池成為科學(xué)家著力攻關(guān)的方向。記者3月3日從中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所獲悉，該所合成并應(yīng)用一種新型復(fù)合材料，研制出安全、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，避免了爆炸、著火等安全問(wèn)題。該成果近日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《先進(jìn)能源材料》上。

傳統(tǒng)電池直接用于便攜式可穿戴電子設(shè)備，其能源供應(yīng)存在安全事故發(fā)生的可能性，如穿戴電源被壓縮、彎曲、切割、發(fā)生泄漏、著火等。因此，開發(fā)能夠安全使用的能源供應(yīng)系統(tǒng)非常重要。然而，關(guān)于燃料電池安全性研究的報(bào)道較少。對(duì)于燃料電池來(lái)說(shuō)，機(jī)械過(guò)載也會(huì)引起燃料泄漏或造成災(zāi)難性影響。科學(xué)家一直在研發(fā)高度耐用的燃料電池，希望它可以通過(guò)如針刺、壓縮、彎曲，甚至切割等安全測(cè)試，并有效地抑制燃料泄漏、熱失控、火災(zāi)、爆炸等。

近日，中科院蘇州納米所研究員周小春團(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，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、循環(huán)性能好、甲醇吸收率高、含能高、柔性好等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料對(duì)甲醇溶液具有很強(qiáng)的保留能力，在29.4千帕的壓力下，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毫瓦時(shí)每平方厘米。

此前，周小春團(tuán)隊(duì)已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，包括柔性有序高導(dǎo)電電極開發(fā)、便攜式柔性制氫研究、柔性超薄氣體擴(kuò)散層研制、全固態(tài)直接甲醇燃料電池、柔性導(dǎo)電機(jī)理，以及高安全性柔性燃料電池等。

利用這一系列技術(shù)，他們研制出一種安全、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)。在一系列破壞性試驗(yàn)中，DMFC經(jīng)受住包括長(zhǎng)針刺穿、切割、彎曲和壓縮等考驗(yàn)。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(wèn)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。

使用1.5%瓊脂凝膠復(fù)合材料的DMFC電堆的破壞性試驗(yàn)。受訪者供圖

關(guān)鍵詞： 復(fù)合材料 燃料電池 破壞性試驗(yàn) 甲醇溶液 瓊脂凝膠