蘇州納米所周小春團(tuán)隊(duì)Adv. Mater.：通過微孔層設(shè)計(jì)在燃料電池的可回收性和可持續(xù)性方面取得進(jìn)展
燃料電池是一種直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，具有環(huán)境污染小、發(fā)電效率高等優(yōu)勢。以氫為燃料的燃料電池?zé)o碳排放，對從源頭上控碳、減碳有著重要作用。近年來，燃料電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程得到了飛速發(fā)展。然而，關(guān)于廢棄燃料電池回收的研究處于較為匱乏的階段。為完全回收燃料電池中的貴金屬催化劑和離聚物，膜電極需要經(jīng)過破碎并使用溶液將相應(yīng)的材料分離。在該過程中，氣體擴(kuò)散層會(huì)參與到膜電極的回收中，一方面使得在電池中老化速度慢的氣體擴(kuò)散層不能重復(fù)使用，另一方面也會(huì)在回收貴金屬和離聚物過程中產(chǎn)生大量的各類消耗，如溶劑等。
針對上述問題，中科院蘇州納米所周小春團(tuán)隊(duì)制備了一種由碳納米管互穿網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的獨(dú)立式微孔層。與傳統(tǒng)的微孔層相比，這種獨(dú)立式微孔層直接成型，而不需要涂敷在氣體擴(kuò)散層的大孔基底（一般為碳紙）上。互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為這種獨(dú)立式微孔層提供了高強(qiáng)度、高透氣性、高導(dǎo)電性和高平整度等優(yōu)異的物理性質(zhì)，因此該獨(dú)立式微孔層表現(xiàn)出了優(yōu)異的電池性能（峰值功率達(dá)1.35 W cm-2）并能大幅促進(jìn)燃料電池的可持續(xù)性。首先，該微孔層不僅適用于碳紙基底，也能夠適用于各種碳基和金屬基的多孔材料（峰值功率基本高于1 W cm-2），為高可回收型基底層提供了可靠的微孔層制備方案。其次，該微孔層大幅降低了催化層和氣體擴(kuò)散層以及微孔層和基底層的結(jié)合，使得燃料電池的氣體擴(kuò)散層能夠在膜電極壽命到期后重復(fù)利用，將氣體擴(kuò)散層的壽命延長至138倍（峰值功率衰減8.2%）。最后，使用該獨(dú)立式微孔層組裝的膜電極在回收過程中，氣體擴(kuò)散層（除陰極微孔層）不需要參與到貴金屬催化劑和離聚物的回收中，因此回收中的各種消耗得到了大幅減少（大于90%）。
圖1. 廢棄膜電極的回收過程
圖2. 互穿網(wǎng)絡(luò)的形成和獨(dú)立式微孔層的高強(qiáng)度、高透氣性
圖3. 獨(dú)立式微孔層的燃料電池性能
圖4. 氣體擴(kuò)散層的重復(fù)利用
相關(guān)工作以A Recyclable Standalone Microporous Layer with Interpenetrating Network for Sustainable Fuel Cells為題發(fā)表在國際知名期刊Advanced Materials上。中科院蘇州納米所博士生文青林為論文的第一作者，中科院蘇州納米所周小春研究員為通訊作者。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和蘇州市碳達(dá)峰碳中和科技支撐重點(diǎn)專項(xiàng)等項(xiàng)目資助。
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