國(guó)際氫能展獲悉,如何加強(qiáng)對(duì)氫能的利用成為各國(guó)科技競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn),其中,質(zhì)子交換膜燃料電池作為以氫氣為能源的能源轉(zhuǎn)換裝置,具有高效、環(huán)境友好、工作條件溫和等優(yōu)勢(shì),備受關(guān)注。
質(zhì)子交換膜燃料電池快速發(fā)展,但仍面臨氣體傳質(zhì)和水管理薄弱的問題,導(dǎo)致體積比功率較低。如何能在節(jié)約成本的情況下,進(jìn)一步提升電池性能?
9月25日,記者從中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所獲悉,該所周小春研究員團(tuán)隊(duì)利用激光雕刻技術(shù),以東麗碳紙為基材,設(shè)計(jì)制備了具有波形流道和微通道脊的新型一體化GDL(氣體擴(kuò)散層)。其具有豐富的多孔結(jié)構(gòu),具備優(yōu)異的氣體傳質(zhì)和水管理能力,可提升燃料電池的性能。近日,該成果論文發(fā)表在國(guó)際期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。
提升燃料電池性能難在哪
質(zhì)子交換膜燃料電池即氫燃料電池,由流場(chǎng)板、氣體擴(kuò)散層、微孔層、催化層、質(zhì)子交換膜等組件構(gòu)成,可用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)三輪車等交通工具以及小型發(fā)電站等。
氣體擴(kuò)散層位于流場(chǎng)板和催化層之間,在燃料電池中起著導(dǎo)電、支撐膜電極、傳質(zhì)、水管理的作用。在質(zhì)子交換膜燃料電池工作中,反應(yīng)氣體經(jīng)氣體擴(kuò)散層傳遞到催化層,催化層生成的水經(jīng)由氣體擴(kuò)散層排出。而反應(yīng)氣體的傳質(zhì)和水的排出直接影響著膜電極性能,較差的氣體傳質(zhì)和水管理能力都會(huì)導(dǎo)致膜電極性能的降低。
為解決傳質(zhì)和水管理薄弱的難題,科學(xué)家曾通過改變流場(chǎng)板的流道結(jié)構(gòu),或者采用金屬泡沫、石墨烯泡沫取代傳統(tǒng)流場(chǎng)板等方法,來提高質(zhì)子交換膜燃料電池的傳質(zhì)能力,提升燃料電池性能。
然而,金屬泡沫以及石墨烯泡沫這種無流場(chǎng)結(jié)構(gòu)在高電流密度下仍會(huì)存在傳質(zhì)和水管理問題,進(jìn)而影響燃料電池的性能。因此,迫切需要新的方法解決這一難題。
新型一體化GDL“合二為一”
目前,氣體擴(kuò)散層通常由基底層和微孔層構(gòu)成,其中構(gòu)成基底層的材料一般是碳紙、碳布等。
周小春團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年積累,從燃料電池結(jié)構(gòu)入手,經(jīng)過不斷調(diào)試和優(yōu)化,最終以碳紙為基材,利用激光雕刻的方法在碳紙上制備出了流場(chǎng)結(jié)構(gòu),從而得到新型一體化GDL。這種新型一體化GDL將傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜燃料電池中的流場(chǎng)板和氣體擴(kuò)散層的功能合二為一,能有效解決傳統(tǒng)燃料電池傳質(zhì)和水管理薄弱的問題。
團(tuán)隊(duì)成員、論文第一作者何燦介紹,與傳統(tǒng)燃料電池相比,新型一體化GDL具有3個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn):一是它簡(jiǎn)化了燃料電池的結(jié)構(gòu),將氣體擴(kuò)散層和流場(chǎng)板合為一體,使得GDL一個(gè)部件兼具兩種功能,降低了生產(chǎn)成本;二是具有較寬的濕度耐受性,應(yīng)用范圍更廣;三是新型一體化GDL具有波形流道和微通道脊的特殊結(jié)構(gòu),電池性能更高,它能在低倍壓的情況下達(dá)到甚至超過原先燃料電池在高倍壓下的性能,有望降低燃料電池系統(tǒng)空氣壓縮機(jī)的能耗,從而提升燃料電池汽車的續(xù)航里程。
未來,團(tuán)隊(duì)希望能繼續(xù)在一體化GDL領(lǐng)域進(jìn)行深入研究,并將其廣泛應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池和其他能量轉(zhuǎn)換器件中。
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6月20日,第四代吉利醇?xì)潆妱?dòng)轎車交車儀式在張家口市民廣場(chǎng)舉行,首批36輛醇?xì)潆妱?dòng)轎車正式交付,主要應(yīng)用于當(dāng)?shù)爻鲎廛囆袠I(yè)。據(jù)了解,張家口市大力鼓勵(lì)出租車經(jīng)營(yíng)者自愿更換電動(dòng)出租車。目前,全市電動(dòng)出租車保有量達(dá)1137輛,位居全省前列。 近年來,張家口市鞏固國(guó)家公交都市建設(shè)示范城市創(chuàng)建成果,加快構(gòu)建綠色交通體系,推進(jìn)新能源在城市公交、出租車和配送領(lǐng)域的推廣使用,不斷優(yōu)化城市綠色出行環(huán)境,推動(dòng)交通結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型。 筆者在張家口市橋西區(qū)展覽館公交站看到,一輛輛車牌上印有“F”標(biāo)識(shí)的氫燃料電池公交車從身邊駛過,成為一道亮麗風(fēng)景線。“目前,全市擁有綠色能源公交車2050輛,占公交車輛總數(shù)的90.4%,主城區(qū)綠色能源公交車輛占比100%。”張家口市交通運(yùn)輸局相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,該市已投運(yùn)氫燃料電池公交車444輛,位居全國(guó)首位。 該市不斷豐富氫能交通應(yīng)用場(chǎng)景,氫燃料電池重卡已應(yīng)用于當(dāng)?shù)孛禾窟\(yùn)輸服務(wù)以及建筑垃圾倒運(yùn)領(lǐng)域。目前,該市有氫燃料電池提供動(dòng)力的物流車725輛、牽引車3輛、倉(cāng)柵車40輛。“動(dòng)力系統(tǒng)由本地企業(yè)生產(chǎn)制造,具有快速加氫、功率高、續(xù)航里程長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。”張家口億華通動(dòng)力科技有限公司品牌部負(fù)責(zé)人李靖介紹,氫燃料電池重卡每加滿一次燃料...