天津大學在燃料電池領域收獲新成果 性能有望提升近兩倍
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】燃料電池指把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置，隸屬于電力工程，是目前頗受關注的發(fā)電技術之一。由于燃料電池不受卡諾循環(huán)效應(備注1)的限制，因此效率相較于傳統(tǒng)發(fā)電技術理論上會更高。此外，由于燃料電池用燃料和氧氣作為原料，并且不涉及機械傳動部件，所以在環(huán)境友好度上也更為出色。
就在剛剛過去的2023年年底(12月29日)，天津大學焦魁教授團隊成功研發(fā)出了超高功率密度的質子交換膜燃料電池，其性能比主流同類產(chǎn)品提升近兩倍。目前相關的成果已經(jīng)可以在國際能源研究期刊《焦耳》上查閱，并且相關研究團隊也接受了科技日報等媒體的采訪。
根據(jù)相關報道，我們可以了解到，新燃料電池是基于“氫燃料電池”(備注2)發(fā)展起來的。為了更好的提升電池的效率，研究團隊對質子交換膜燃料電池的結構進行了重構，并且還集中了新的組件，優(yōu)化了電池內部的能量傳遞路徑，并優(yōu)化了電池的體積與功率密度。
具體到工藝本身，研究團隊通過將靜電紡絲技術引入到電池制作中，成功制成了超薄碳納米纖維薄膜及泡沫鎳，避免了氣體擴散層和溝脊流道的存在，成功讓膜電極組件厚度降低到原來的十分之一左右，并且降低了80%以上的反應物擴散導致的傳質損失。從結果上來說，就是提升了約兩倍的體積功率密度。(根據(jù)團隊估算，新燃料電池的體積功率密度有望達到9.8千瓦/升)。
盡管這種燃料電池目前還是實驗室階段，但是卻代表著質子交換膜燃料電池技術的進一步發(fā)展，并且能夠為相關技術的持續(xù)推進，提供寶貴的經(jīng)驗。
備注1：卡諾循環(huán)的效率只與兩個熱源的熱力學溫度有關，如果高溫熱源的溫度愈高，低溫熱源的溫度愈低，則卡諾循環(huán)的效率愈高。所以，卡諾循環(huán)的效率必定小于1。
備注2：氫能是一種潛力巨大的低碳能源載體，氫燃料電池是氫能的一種利用手段，其以氫氣與氧氣作為原料基本原理是電解水的逆反應。由于直接產(chǎn)物為水，因此氫燃料電池十分環(huán)保。此外，氫燃料電池還具備無噪音高效率的特點。
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