近年來，受政策和市場的雙重“寵幸”，我國電動汽車產業(yè)得到飛速發(fā)展，但電動汽車也有自己的焦慮，如續(xù)航里程短、充電時間長、循環(huán)次數低及安全性問題仍較為突出等。氫燃料電池汽車因續(xù)航里程長、加氫時間短及更清潔環(huán)保，已經逐漸成為我國各地方政府推廣新能源汽車的又一發(fā)力點，目前上海、廣東、陜西西安、江蘇如皋、浙江臺州、湖北武漢、山西大同等地陸續(xù)出臺了支持燃料電池產業(yè)發(fā)展的相關政策或措施。但氫燃料電池不是沒有自己的痛點，如氫氣的制取、儲存和運輸成本高、加氫站建設投資大、氫燃料電池技術研發(fā)進展緩慢等問題，一直困擾著氫燃料汽車的發(fā)展。其他具有更高性價比和經濟效益的燃料電池，也一直是企業(yè)和科研機構關注的方向。
近日，電池中國網從中科院獲悉，中國科學院大連化學物理研究所在燃料電池與超級電容器復合電源研究方面取得新進展，實現了化學電源高功率密度和高能量密度兩者兼得，為開發(fā)下一代高比能量特性化學電源提供了新的研究思路。
據了解，燃料電池能量密度高，但由于液體燃料電氧化與氧電還原反應動力學過程慢，導致其功率密度較低；而超級電容器功率密度較高，但受限于電極活性材料比容量，其能量密度較低，目前大多數化學電源難以同時兼具高功率密度與高能量密度。該所團隊創(chuàng)新性地設計并構筑了一種基于贗電容材料聚苯胺和電催化材料Pt/C（陰極）或PtRu/C（陽極）的新型雙效電極，借此構建了原位直接甲醇燃料電池與超級電容器復合電源。該復合電源借助聚苯胺在陰極（氧電還原反應）與陽極（甲醇電氧化反應）電位區(qū)間可發(fā)生氧化/還原態(tài)轉變的特性，實現了超級電容器原位自充電。得益于聚苯胺快速的贗電容放電特性，復合電源的脈沖放電性能大幅提升，單體電池功率密度可達4kW/kg，較傳統(tǒng)單純的甲醇燃料電池提高了80%以上。同時，甲醇的持續(xù)供給保障了復合電源的高能量密度。
該工作闡釋的贗電容與電化學反應耦合機制為下一代高比特性化學電源提供了新的研究思路。相關研究結果發(fā)表在ACS Energy Letters上。
盡管氫燃料電池汽車吸引了不少車企的目光，把燃料電池汽車研發(fā)重點都放在氫燃料電池上，但也有一些車企不惜重金押寶其他燃料電池汽車技術的研發(fā)。今年8月份，英國錫里斯電力公司宣布與日產汽車建立合作伙伴關系，未來雙方將共同開發(fā)可使用天然氣等傳統(tǒng)燃料和沼氣、乙醇或氫氣等可持續(xù)性燃料高效率產生能量的燃料電池。該項目還獲得了英國政府3500萬英鎊的資金支持。據悉，英國錫里斯電力公司是SteelCell低成本固態(tài)氧化物燃料電池的開發(fā)商。錫里斯電力公司表示，SteelCell固態(tài)氧化物燃料電池采用銷量較大的和廣泛可用的材料制成，具有低成本效益，電力強勁且具擴展性。與日產合作的項目涉及設計、構建、測試和展示由錫里斯電力公司生產的固態(tài)氧化物燃料電池堆棧，將其部署在日產設計的、適用于生物燃料等各種高效燃料類型的燃料電池模塊中。
其實早在2016年6月，日產汽車就在日本橫濱研究酶生物燃料電池，開發(fā)以100%乙醇或乙醇混合水為原料，具有清潔、高效、便于供給優(yōu)勢的動力系統(tǒng)。隨后，在當年8月份，日產汽車在巴西發(fā)布了世界首款采用生物乙醇作為燃料發(fā)電的原型車，配備24千瓦時電池，續(xù)駛里程超過600公里。目前巴西地區(qū)有50%以上的汽車在使用乙醇燃料。
不過，日產汽車生產的乙醇汽車主要市場在巴西，原因是巴西有豐富的甘蔗和玉米等乙醇生產原料。
燃料電池根據電解質類型不同主要分為固體氧化物燃料電池（SOFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）等，是很有發(fā)展前景的動力電池，除了以氫氣、甲醇、乙醇為燃料，還有以碳、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，原料相當豐富。在科研院所、相關企業(yè)和社會各界的共同努力下，相信隨著更多清潔燃料電池技術的出現，必將為解決全球能源危機，改善環(huán)境和推動相關產業(yè)技術進步貢獻力量。
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