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柔性高比功率密度PEMFC

时间:2017-08-04 09:00:23来源:中国氢能源网

  据国外网站报道:质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量密度高,转换效率高,环境友好,设计紧凑等优点。然而,传统的PEMFC通常都太重且体积较大。

为了使燃料电池更加便携,符合在可穿戴设备上的应用,中国科学院苏州纳米科技研究所的周小春课题组设计并成功制备了一种轻巧灵活的自呼吸PEMFC ,该工作相关结果已发表在ACS Nano杂志上。

A Novel Flexible and Lightweight Structure Generates Record Specific Power Density of Fuel Cell

研究人员通过用碳纸堆叠高度柔性和微孔碳纳米管(CNT)膜,同时用轻柔性的膜代替阳极侧的板来设计新型复合电极。这种新型柔性电极由碳纳米管打孔后再复合碳纸制备所得,不仅具有很高的功率密度,还具有良好的稳定性和透气性。主要是因为复合电极可以作为有效的集电器,这种电极可同时作为气体的传输层和集流体,取代了传统质子交换膜燃料电池中的石墨或金属集流体,极大地减小了燃料电池的重量和体积。这种1x1cm2的柔性结构自呼吸PEMFC,轻至0.065g,薄至0.22mm,然而其比容积功率密度高达5190 W L-1,比重量功率密度高达2230 W kg-1

此外,这种新型柔性PEMFC也表现出了出色的机械和动力输出稳定性。研究人员制备了一个4厘米长和1厘米宽的柔性PEMFC,通过弯曲时间、弯曲角度和扭转角来评估柔韧性。通过比较峰值功率密度的变化,由结果可得这三个因素对PEMFC的性能影响不大。在0.6 V下弯曲600次后,柔性PEMFC放电性能仅下降10.9%。结果表明,作为电力输出装置,柔性PEMFC具有极好的稳定性。

在实际应用中,作为供电装置,燃料电池需要适应各种工作环境。尤其是在高空环境中,燃料电池可能承受极大的破坏力量,例如从高处掉落。因此,研究人家将柔性PEMFC从高达30米的地方扔下,模拟了这些破坏力。结果表明,柔性PEMFC在下降5次后仍保持其结构和性能。

为了展示这种灵活的自呼吸PEMFC的实际应用,研究人员使用该PEMFC为小型电器供电。由8个单个PEMFC组成的灵活的PEMFC组可以为移动电话供电。其重量轻(3.70g),面积小(9cm长,3.5cm宽),薄(1mm),体积小(3.15cm3)。

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