天津大學(xué)在燃料電池領(lǐng)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(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，隸屬于電力工程，是目前頗受關(guān)注的發(fā)電技術(shù)之一。由于燃料電池不受卡諾循環(huán)效應(yīng)(備注1)的限制，因此效率相較于傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)理論上會(huì)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(jī)械傳動(dòng)部件，所以在環(huán)境友好度上也更為出色。
就在剛剛過(guò)去的2023年年底(12月29日)，天津大學(xué)焦魁教授團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了超高功率密度的質(zhì)子交換膜燃料電池，其性能比主流同類(lèi)產(chǎn)品提升近兩倍。目前相關(guān)的成果已經(jīng)可以在國(guó)際能源研究期刊《焦耳》上查閱，并且相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)也接受了科技日?qǐng)?bào)等媒體的采訪。
根據(jù)相關(guān)報(bào)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(lái)的。為了更好的提升電池的效率，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重構(gòu)，并且還集中了新的組件，優(yōu)化了電池內(nèi)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(tuán)隊(duì)通過(guò)將靜電紡絲技術(shù)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(kuò)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(lái)的十分之一左右，并且降低了80%以上的反應(yīng)物擴(kuò)散導(dǎo)致的傳質(zhì)損失。從結(jié)果上來(lái)說(shuō)，就是提升了約兩倍的體積功率密度。(根據(jù)團(tuán)隊(duì)估算，新燃料電池的體積功率密度有望達(dá)到9.8千瓦/升)。
盡管這種燃料電池目前還是實(shí)驗(yàn)室階段，但是卻代表著質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并且能夠?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)的持續(xù)推進(jìn)，提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
備注1：卡諾循環(huán)的效率只與兩個(gè)熱源的熱力學(xué)溫度有關(guān)，如果高溫?zé)嵩吹臏囟扔撸蜏責(zé)嵩吹臏囟扔?，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(yīng)。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(wú)噪音高效率的特點(diǎn)。
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