即滴即用柔性直接乙醇燃料电池的制备及其性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mhj911
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柔性电子设备以其应用范围广、安全性好、封装效率高、轻便可穿戴等诸多优势深度影响了未来电子产业和储能器件的发展方向。在众多的储能器件中,直接乙醇燃料电池(DEFC)将高能量密度、可再生、无毒的液体乙醇作为燃料,是未来动力电源和便携式电源中最合适的选择。将直接乙醇燃料电池设计成柔性器件,能够解决目前柔性器件容量低,启动慢的缺陷以及安全性能的问题,能够对未来柔性储能器件的发展提供一个十分可行的策略。然而,传统的直接乙醇燃料电池、柔性燃料电池存在乙醇产物毒化贵金属催化剂、质子交换膜使用环境限制、柔性器件功率密度低、以及燃料储存等问题。本课题为解决这些问题,制备了一种抗毒化、高性能、柔性即滴即用直接乙醇燃料电池,并进行相关实验研究与性能测试。针对可穿戴器件的应用场景和柔性燃料电池自身的存在问题,本课题制备了一种具有即滴即用的柔性直接乙醇燃料电池。通过对直接乙醇燃料电池的结构进行重新设计来减轻燃料电池本身的重量并实现柔性化,依托上述燃料电池结构,本课题对燃料电池最核心的三个构件进行优化:应用N,S双元素掺杂的多孔碳催化剂(NSDC)作为阴极氧还原反应催化剂并进行相关研究,主要解决乙醇燃料渗透毒化问题,并且相比于Pt/C催化剂稳定性的得到提高,成本大幅降低;应用Pt-Ru/C催化剂作为阳极乙醇电氧化反应催化剂并进行相关研究;应用与碱性溶液高度兼容的聚合物电解质聚丙烯酸钠(PANa)水凝胶作为燃料电池隔膜并进行相关测试,该隔膜具有0.24 S cm-1的高离子导电率、优异的机械性能、能够在碱性条件下超长时间工作,性能十分优异。此外,本课题将柔性透气导电基底与海绵组合成复合电极初步解决燃料的储存问题。最终,将上述材料组装到新的燃料电池结构中,进行燃料电池性能相关测试,并对该器件的柔性性能进行展示。实验结果表明本课题制备出的器件是一种高性能柔性即滴即用直接乙醇燃料电池,是下一代可穿戴柔性燃料电池的发展方向,具有非常广阔的应用前景。
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