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这项新技术可以让动力电池高能量密度与高功率密度兼得

导读: 近年来,受政策和市场的双重“宠幸”,我国电动汽车产业得到飞速发展,但电动汽车也有自己的焦虑,如续航里程短、充电时间长、循环次数低及安全性问题仍较为突出等。

近年来,受政策和市场的双重“宠幸”,我国电动汽车产业得到飞速发展,但电动汽车也有自己的焦虑,如续航里程短、充电时间长、循环次数低及安全性问题仍较为突出等。氢燃料电池汽车因续航里程长、加氢时间短及更清洁环保,已经逐渐成为我国各地方政府推广新能源汽车的又一发力点,目前上海、广东、陕西西安、江苏如皋、浙江台州、湖北武汉、山西大同等地陆续出台了支持燃料电池产业发展的相关政策或措施。但氢燃料电池不是没有自己的痛点,如氢气的制取、储存和运输成本高、加氢站建设投资大、氢燃料电池技术研发进展缓慢等问题,一直困扰着氢燃料汽车的发展。其他具有更高性价比和经济效益的燃料电池,也一直是企业和科研机构关注的方向。

近日,电池中国网从中科院获悉,中国科学院大连化学物理研究所在燃料电池与超级电容器复合电源研究方面取得新进展,实现了化学电源高功率密度和高能量密度两者兼得,为开发下一代高比能量特性化学电源提供了新的研究思路。

据了解,燃料电池能量密度高,但由于液体燃料电氧化与氧电还原反应动力学过程慢,导致其功率密度较低;而超级电容器功率密度较高,但受限于电极活性材料比容量,其能量密度较低,目前大多数化学电源难以同时兼具高功率密度与高能量密度。该所团队创新性地设计并构筑了一种基于赝电容材料聚苯胺和电催化材料Pt/C(阴极)或PtRu/C(阳极)的新型双效电极,借此构建了原位直接甲醇燃料电池与超级电容器复合电源。该复合电源借助聚苯胺在阴极(氧电还原反应)与阳极(甲醇电氧化反应)电位区间可发生氧化/还原态转变的特性,实现了超级电容器原位自充电。得益于聚苯胺快速的赝电容放电特性,复合电源的脉冲放电性能大幅提升,单体电池功率密度可达4kW/kg,较传统单纯的甲醇燃料电池提高了80%以上。同时,甲醇的持续供给保障了复合电源的高能量密度。

该工作阐释的赝电容与电化学反应耦合机制为下一代高比特性化学电源提供了新的研究思路。相关研究结果发表在ACS Energy Letters上。

尽管氢燃料电池汽车吸引了不少车企的目光,把燃料电池汽车研发重点都放在氢燃料电池上,但也有一些车企不惜重金押宝其他燃料电池汽车技术的研发。今年8月份,英国锡里斯电力公司宣布与日产汽车建立合作伙伴关系,未来双方将共同开发可使用天然气等传统燃料和沼气、乙醇或氢气等可持续性燃料高效率产生能量的燃料电池。该项目还获得了英国政府3500万英镑的资金支持。据悉,英国锡里斯电力公司是SteelCell低成本固态氧化物燃料电池的开发商。锡里斯电力公司表示,SteelCell固态氧化物燃料电池采用销量较大的和广泛可用的材料制成,具有低成本效益,电力强劲且具扩展性。与日产合作的项目涉及设计、构建、测试和展示由锡里斯电力公司生产的固态氧化物燃料电池堆栈,将其部署在日产设计的、适用于生物燃料等各种高效燃料类型的燃料电池模块中。

其实早在2016年6月,日产汽车就在日本横滨研究酶生物燃料电池,开发以100%乙醇或乙醇混合水为原料,具有清洁、高效、便于供给优势的动力系统。随后,在当年8月份,日产汽车在巴西发布了世界首款采用生物乙醇作为燃料发电的原型车,配备24千瓦时电池,续驶里程超过600公里。目前巴西地区有50%以上的汽车在使用乙醇燃料。

不过,日产汽车生产的乙醇汽车主要市场在巴西,原因是巴西有丰富的甘蔗和玉米等乙醇生产原料。

燃料电池根据电解质类型不同主要分为固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)等,是很有发展前景的动力电池,除了以氢气、甲醇、乙醇为燃料,还有以碳、硼氢化物、煤气或天然气为燃料,原料相当丰富。在科研院所、相关企业和社会各界的共同努力下,相信随着更多清洁燃料电池技术的出现,必将为解决全球能源危机,改善环境和推动相关产业技术进步贡献力量。

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