天津大學(xué)教授焦魁團(tuán)隊與合作者成功研發(fā)超高功率密度的質(zhì)子交換膜燃料電池，其性能比主流同類產(chǎn)品提升近兩倍。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《焦耳》。
為應(yīng)對全球氣候變化，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，全球能源系統(tǒng)正經(jīng)歷深刻轉(zhuǎn)型。氫能作為一種潛力巨大的低碳能源載體，在此進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。氫燃料電池被視為最有前景的氫能應(yīng)用技術(shù)之一。然而，如何提高其體積功率密度成為目前技術(shù)上的重大挑戰(zhàn)。
焦魁團(tuán)隊對質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)并集成新組件，改善了氣-水-電-熱傳遞路徑，成功實(shí)現(xiàn)了超薄、超高功率密度的燃料電池。
團(tuán)隊通過引入靜電紡絲技術(shù)制成的超薄碳納米纖維薄膜及泡沫鎳，去除傳統(tǒng)氣體擴(kuò)散層和溝脊流道，有效降低了膜電極組件厚度約90%，降低了80%以上的反應(yīng)物擴(kuò)散導(dǎo)致的傳質(zhì)損失，最終將燃料電池體積功率密度提升近兩倍。
經(jīng)研究團(tuán)隊估算，采用這種新型燃料電池結(jié)構(gòu)的電堆峰值體積功率密度有望達(dá)到每升9.8千瓦，比目前市面上主流同類產(chǎn)品性能提升超過80%。該成果為質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了指導(dǎo)。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.12.003
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