琼脂+海绵，助甲醇燃料电池告别“爆”脾气

• 2022-03-30 17:35:03 来源：科技日报

科技日报记者 张晔  通讯员 李梦影

   近年来，便携式可穿戴电子设备迅速发展，安全又柔软的电池成为科学家着力攻关的方向。

    但不论是锂离子电池，还是甲醇燃料电池，跟汽油、火药一样，如果不把它“驯服”，就会有安全隐患。那么怎么驯服这匹烈马呢？

    科技日报记者3月28日从中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所获悉，该所周小春研究员团队合成并应用一种新型复合材料，研制出安全、耐用、适应性强且具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料电池，避免了爆炸、着火等安全问题。该成果近日发表在国际权威期刊《先进能源材料》上。

    传统材料无法解决电池中甲醇泄漏难题

    燃料电池能量转化效率高、污染小、功率大、安静可靠，有着广泛的应用前景，譬如用于电动汽车、电脑、家用电器等，甚至在20世纪60年代，就已成功地应用于阿波罗登月飞船，在航天航空领域崭露头角。最近，燃料电池搭上了新能源的快车，曝光度越来越高。

    甲醇燃料电池是燃料电池的一种。甲醇燃料电池又可分为被动式和主动式两种，主动式甲醇燃料电池靠泵将液体甲醇输送到阳极，而被动式甲醇燃料电池则抛弃了这个笨重的“拖油瓶”，靠毛细作用、液体甲醇蒸发、燃料自身重力等方法给阳极供料。但是，我们都知道甲醇是一个“爆”脾气，如果使用不当，甲醇泄漏可能会导致着火甚至会发生爆炸事故。

    经过重重探索，科学家们找到了许多固化液态甲醇、不让其泄漏的方法，比如利用海绵或者凝胶来吸收甲醇。但是普通的凝胶在释放甲醇后体积会有较大收缩，并且其应力太低不能保持原有形状；而海绵虽然有很强的液体吸收能力和较强的形状保持能力，但其保留液体的能力较弱，在一定的压力下，甲醇很容易从海绵中挤出。所以，现在需要一种新型材料，能够快速吸收并固化大量液态甲醇，并且在电池系统遭遇压缩、针刺、切割时甲醇不易泄漏。

    新材料让燃料电池既安全又柔软

    周小春团队的研究生邹思怡同学合成了一种新型的琼脂凝胶与木质海绵的复合材料，即凝胶/海绵复合材料，有望制服甲醇的“爆”脾气。

    复合材料的制备过程很简单。首先，将琼脂粉溶于高纯水中得到琼脂凝胶溶液，然后将琼脂凝胶溶液浇注到木质海绵中，在真空条件下静置一段时间，使得凝胶充分进入到海绵孔洞中，最后得到凝胶/海绵复合材料。

    由于独特的成分和结构，新型复合材料具有甲醇吸收率高、吸收速度快、循环性能好、含能高等优点，对甲醇溶液也具有很强的保留能力。

    利用凝胶出色的锁水能力和海绵的强吸水性，周小春团队成功研制了一种安全、耐用、适应性强并具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料电池。

    在一系列破坏性试验中，该甲醇燃料电池经受住了包括长针刺穿、切割、弯曲和压缩等考验。新型复合材料能吸收并保留住甲醇溶液，因而在进行破坏性试验时没有燃料泄漏，避免了爆炸、着火等安全问题。

    周小春告诉记者，这种利用吸收材料固化气态或液态燃料的概念，可以普遍应用于提高其他燃料电池的安全性、适应性和柔性。

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