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                湖南省長沙市中南大學資源循環研究院

              瓊脂+海綿,助甲醇燃料電池告別“爆”脾氣

              來源:  發布時間:2022年04月03日 作者:

              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。

              據科學院納米技術與納米仿生研究所獲悉,該所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。



              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。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

              研究團隊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,研究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。

              研究人員稱,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。




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