高功率密度與高能量密度兼?zhèn)涞男滦蛷?fù)合電源的研發(fā)
記者從中科院大連化物所獲悉,該所孫公權(quán)研究員與王素力研究員帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊,創(chuàng)新性地設(shè)計并構(gòu)筑了一種新型復(fù)合電源,該電源同時兼具高功率密度與高能量密度。相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會-能源快報》上。直接甲醇燃料電池是將液體甲醇燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,憑借其高能量密度特性,在便攜式電源、離網(wǎng)固定電站等領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用潛力。但由于甲醇等液體燃料電氧化與氧氣電還原反應(yīng)動力學(xué)過程較慢,導(dǎo)致其功率密度較低,在高負(fù)載工況條件下其應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。而超級電容器雖具有較高的功率密度,但由于受限于電極活性材料的比容量,其能量密度較低。目前,包括傳統(tǒng)燃料電池、超級電容器、鋰離子電池等大多數(shù)化學(xué)電源,難以同時兼具高功率密度與高能量密度。為攻克相關(guān)難題,中科院大連化物所研究團(tuán)隊構(gòu)筑了一種基于贗電容材料和電催化材料的新型雙效電極,并借此原位構(gòu)建了直接甲醇燃料電池與超級電容器復(fù)合電源,在單一電極上同時實現(xiàn)燃料電池的電催化反應(yīng)與超級電容器的充放電過程。該復(fù)合電源借助贗電容材料聚苯胺在陰極與陽極電位區(qū)間可發(fā)生氧化/還原態(tài)轉(zhuǎn)變的特性,從而實現(xiàn)了超級電容器原位自充電。
“這就好比將只有小出水口的大容量蓄水池中的水,過渡性地轉(zhuǎn)移到了小容量卻具有大出水口的容器中,復(fù)合容器的出水能力得到提升?!敝锌圃捍筮B化物所孫公權(quán)說,得益于聚苯胺快速的贗電容放電特性,復(fù)合電源的脈沖放電性能得到大幅提升,單體電池功率密度可達(dá)4kW/kg,較傳統(tǒng)直接甲醇燃料電池提高了80%以上,而甲醇的持續(xù)供給也保障了復(fù)合電源的高能量密度,這將為移動電源、電動汽車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供更多的應(yīng)用價值。據(jù)悉,新型“雙高”電源將為贗電容與電化學(xué)反應(yīng)耦合機(jī)制為閘釋原理的下一代高比特性化學(xué)電源研發(fā)提供了新的研究思路,將促進(jìn)能源高效利用、節(jié)能減排等國家政策的貫徹落實。該項目得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金的支持。
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