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天津大學在燃料電池領域收獲新成果 性能有望提升近兩倍
2024年01月02日 13:31:02
來源：化工儀器網 點擊量：5428
燃料電池指把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置，隸屬于電力工程，是目前頗受關注的發電技術之一。由于燃料電池不受卡諾循環效應(備注1)的限制，因此效率相較于傳統發電技術理論上會更高。此外，由于燃料電池用燃料和氧氣作為原料，并且不涉及機械傳動部件，所以在環境友好度上也更為出色。
【化工儀器網 行業百態】燃料電池指把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置，隸屬于電力工程，是目前頗受關注的發電技術之一。由于燃料電池不受卡諾循環效應(備注1)的限制，因此效率相較于傳統發電技術理論上會更高。此外，由于燃料電池用燃料和氧氣作為原料，并且不涉及機械傳動部件，所以在環境友好度上也更為出色。
就在剛剛過去的2023年年底(12月29日)，天津大學焦魁教授團隊成功研發出了超高功率密度的質子交換膜燃料電池，其性能比主流同類產品提升近兩倍。目前相關的成果已經可以在國際能源研究期刊《焦耳》上查閱，并且相關研究團隊也接受了科技日報等媒體的采訪。
根據相關報道，我們可以了解到，新燃料電池是基于“氫燃料電池”(備注2)發展起來的。為了更好的提升電池的效率，研究團隊對質子交換膜燃料電池的結構進行了重構，并且還集中了新的組件，優化了電池內部的能量傳遞路徑，并優化了電池的體積與功率密度。
具體到工藝本身，研究團隊通過將靜電紡絲技術引入到電池制作中，成功制成了超薄碳納米纖維薄膜及泡沫鎳，避免了氣體擴散層和溝脊流道的存在，成功讓膜電極組件厚度降低到原來的十分之一左右，并且降低了80%以上的反應物擴散導致的傳質損失。從結果上來說，就是提升了約兩倍的體積功率密度。(根據團隊估算，新燃料電池的體積功率密度有望達到9.8千瓦/升)。
盡管這種燃料電池目前還是實驗室階段，但是卻代表著質子交換膜燃料電池技術的進一步發展，并且能夠為相關技術的持續推進，提供寶貴的經驗。
備注1：卡諾循環的效率只與兩個熱源的熱力學溫度有關，如果高溫熱源的溫度愈高，低溫熱源的溫度愈低，則卡諾循環的效率愈高。所以，卡諾循環的效率必定小于1。
備注2：氫能是一種潛力巨大的低碳能源載體，氫燃料電池是氫能的一種利用手段，其以氫氣與氧氣作為原料基本原理是電解水的逆反應。由于直接產物為水，因此氫燃料電池十分環保。此外，氫燃料電池還具備無噪音高效率的特點。
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