中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員周小春團隊在柔性燃料電池的關鍵材料和技術方面取得系列進展：柔性有序高導電電極開發(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)、柔性導電機理【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，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)。該新型復合材料因其獨特的成分和結構，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>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。復合材料對甲醇溶液具有很強的保留能力，在29.4 kPa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 mWh cm-2。同時，研究使用凝膠/海綿復合材料制成的DMFC電堆經受住一系列破壞性試驗，包括長針刺穿、切割、彎曲和壓縮等。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(tài)或液態(tài)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。
相關研究成果以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研發(fā)計劃和國家自然科學基金等的資助。
圖1.凝膠/海綿復合材料的吸收性能
圖2.復合材料在壓力下的溶液保持能力
圖3.使用1.5%瓊脂凝膠復合材料的DMFC電堆的破壞性試驗
