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韩国《ACS Energy Lett》:柔性折纸管状聚合物电解质膜燃料电池

发布时间:2021-9-30 10:29:38      阅读166

  1成果简介
  韩国首尔基础科学研究所(IBS)纳米粒子研究中心的研究人员报告了一种轻便灵活的被动吸气式PEMFC的开发。这些被称为管状 PEMFC(t-PEMFC)的新型燃料电池不仅重量轻、外形小巧,而且设计灵活。
  t-PEMFC的基本单元为圆锥形。新的锥形设计允许简化部件并通过允许部件像纸杯一样卷起来和堆叠来促进更容易的组装。这大大减少了组装所需的零件数量,例如夹具和螺栓,以及拆除传统燃料电池中使用的笨重端板。由于管子内部本身可以用作通道,因此也不需要流场板。此外,双极板由于由不锈钢网构成,重量轻且紧凑。结果,除膜电极组件之外的部件的总重量减少到小于60%。
  新型燃料电池的另一个关键特征是其基于折纸原理的灵活3D结构。锥形反桁架设计使PEMFC可以轻松折叠和弯曲。折曼可以将体积减少近50%,并且可以弯曲90°。确认折叠后性能几乎没有下降,即使电池弯曲90°,仍可保持高达90%的初始性能。
  最后,还可以通过串联多个t-PEMFC模块来增加这些燃料电池的总功率输出。可以通过简单地将管状部件一个接一个地插入来连接各个单元。两个电池串联的燃料电池体积非常小,体积为0.565cm3,重量轻,重量为0.22g。当使用加湿H2作为燃料源时,两节电池组能够实现198 mW的功率输出性能和897.7W.kg-1的比功率密度。极化曲线测量表明,即使在超过100次循环后,电池仍保持相同的性能。使用液态甲醇作为燃料也可以使电池稳定运行。
  相信IBS团队的全新创新设计将显着推进燃料电池领域的发展。预计柔性t-PEMFC在需要机械运动的设备中可以有广泛的应用,例如无人机.机器人、电线和需要移动性的小型管道。预计该技术还可应用于基于聚合物膜电极的电化学装置,用于各种工艺,包括水电解和CO2转化。
  2图文导读 

 

  图 1.(上方)串联柔性管状聚合物电解质膜燃料电池(t-PEMFC)的示意图,以及(下方)(ah)简单制造过程的图示。(a) 切割不锈钢网, (b) 卷成锥形并用焊接机焊接, (c) 阳极气体扩散层 (GDL) 和催化剂涂层膜 (CCM) 卷在阳极部分(d) 加热以粘合 CCM,(e, f) 将阴极 GDL 卷到组件上,(g) 将阴极插入电池,以及 (h) 加热以密封CCM 连接点。

 

  图 2. (ad) t-PEMFC 的照片:(a) 两节堆叠 t-PEMFC,(b) 组装模块,(c) 五节堆叠 t-PEMFC,以及 (d) t-PEMFC 测量设置. (eh) 单独和串联 t-PEMFC 的性能:(e) 两节堆叠的 t-PEMFC,(f) 两节电池组和单节电池模块的平均性能比较,(g) 五节电池堆叠t-PEMFC,以及(h)五节电池组和单节电池组件平均性能的比较。Nafion 211 膜用于 (ef),而 Nafion 212 膜用于 (gh)。

 

  图 3. (a) 柔性 t-PEMFC 的锥形反桁架折纸设计示意图和 (b) 设计的一个元素。(ce) 柔性t-PEMFC 的照片:(c) 50% 折叠,(d) 100% 折叠,(e) 45° 弯曲。(fg)根据(f)折叠程度和(g)弯曲角度的柔性 t-PEMFC 的极化曲线。


  来源:材料分析与应用

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