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實(shí)現(xiàn)高溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池新設(shè)計(jì)

時(shí)間:2023-02-16 08:41來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào) 作者:孫丹寧
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       近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員王素力和研究員孫公權(quán)團(tuán)隊(duì)在高溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（HT-PEMFC）低界面?zhèn)髻|(zhì)阻力多孔電極設(shè)計(jì)構(gòu)建研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)基于多孔電極表面能調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了非連續(xù)磷酸液-固界面層的可控構(gòu)建，并闡釋了該界面結(jié)構(gòu)在工況下的演化機(jī)制與規(guī)律。相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。
 
       高純度氫氣在制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸及加注方面存在技術(shù)瓶頸。在HT-PEMFC中，由于運(yùn)行溫度升高，電極對(duì)毒化組分耐受能力大幅提升。如果HT-PEMFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)醇類、汽柴油等液態(tài)燃料重整制氫產(chǎn)物的直接利用，有望從根本上解決燃料儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題。但與發(fā)展較為成熟的低溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池相比，HT-PEMFC的面積比功率僅為其1/3至1/2，嚴(yán)重制約了工程應(yīng)用與商業(yè)化進(jìn)程。
 
       針對(duì)上述挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)基于近年來(lái)在HT-PEMFC磷酸界面構(gòu)建與演化機(jī)制方面的研究成果，提出了通過(guò)多孔電極表面能調(diào)控的方法，建立了磷酸非均勻聚集與浸潤(rùn)的全新界面結(jié)構(gòu)，并結(jié)合靜電紡絲與電化學(xué)刻蝕手段，在微納尺度實(shí)現(xiàn)了纖維多孔電極的超疏酸構(gòu)建。隨后，團(tuán)隊(duì)利用原位環(huán)境掃描電鏡技術(shù)，觀察到模擬工況條件下磷酸液滴在多孔電極內(nèi)的聚集分布，在實(shí)際多孔電極中實(shí)現(xiàn)了“非連續(xù)”液態(tài)磷酸界面層構(gòu)建，顛覆了傳統(tǒng)多孔電極的磷酸均勻浸潤(rùn)模式。該界面結(jié)構(gòu)大幅降低了液態(tài)磷酸對(duì)催化活性位點(diǎn)的覆蓋厚度，進(jìn)而顯著降低了界面?zhèn)髻|(zhì)阻力。
 
       與傳統(tǒng)電極相比，該多孔纖維電極組裝的HT-PEMFC膜電極峰值功率密度提高了28%，展現(xiàn)了該類燃料電池的實(shí)際應(yīng)用潛力。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電解質(zhì).燃料電池
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