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“直接甲醇燃料電池技術(shù)”和“直接甲酸燃料電池”課題通過(guò)驗(yàn)收
2011-05-10  來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)

    5月8日,中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所承擔(dān)的國(guó)家“863計(jì)劃”課題——“直接甲醇燃料電池技術(shù)”和“直接甲酸燃料電池”通過(guò)科技部組織的專家驗(yàn)收。驗(yàn)收組專家、科技部高技術(shù)中心能源處處長(zhǎng)陳碩翼、長(zhǎng)春應(yīng)化所所長(zhǎng)助理周光遠(yuǎn)以及課題負(fù)責(zé)人和課題組成員參加了驗(yàn)收會(huì)議。

    直接甲醇燃料電池(DMFC)是一種將化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能的可再生清潔能源,具有能量轉(zhuǎn)化效率高、運(yùn)行安全方便、發(fā)電時(shí)間持久等優(yōu)點(diǎn),特別適合作為筆記本電腦、電動(dòng)自行車(chē)等便攜式中小型化電源或充電電源使用,自20世紀(jì)60年代初問(wèn)世以來(lái),迅速發(fā)展成為國(guó)際高新技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中的重要熱點(diǎn)之一。中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所早在20世紀(jì)90年代初就在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了直接醇類燃料電池的研究,在電催化劑、電極反應(yīng)過(guò)程、質(zhì)子交換膜材料基礎(chǔ)及改性、催化電極和催化電極/質(zhì)子交換膜復(fù)合體、整機(jī)集成等方面進(jìn)行了系統(tǒng)探索,并在“十五”初期研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)百瓦級(jí)DMFC電池堆,研制成功中國(guó)首臺(tái)DMFC電動(dòng)自行車(chē)。

    2007年5月,長(zhǎng)春應(yīng)化所與中科院大連化物所、南京師范大學(xué)獲得國(guó)家“863計(jì)劃”課題“直接甲醇燃料電池技術(shù)”的支持。經(jīng)過(guò)3年的攻關(guān),研究改進(jìn)了催化劑的制備方法,優(yōu)化了電極及MEA制備工藝,研究了不同流場(chǎng)及電池結(jié)構(gòu)對(duì)電池性能的影響,突破了催化劑制備及性能、電極及膜電極集合體制備工藝、電池結(jié)構(gòu)改進(jìn)等技術(shù)關(guān)鍵,組裝了小型自呼吸式和中型主動(dòng)式DMFC樣機(jī),進(jìn)行了電動(dòng)自行車(chē)、手機(jī)及筆記本電腦電源的演示應(yīng)用;與“十五”期間相比,有如下突破:采用空氣替代純氧氣做氧化劑;實(shí)現(xiàn)純甲醇進(jìn)料,大幅提高系統(tǒng)比能量;電堆體積比功率增大5倍;尾氣得到有效處理,甲醇含量?jī)H3.55×10-4mol/L。電堆最大功率375W,運(yùn)行2050小時(shí)后,性能衰減13.27%,能量轉(zhuǎn)化效率43.85%;80℃工作時(shí),單電池最大功率密度達(dá)到205mW/cm2。課題實(shí)施期間共申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利11項(xiàng),發(fā)表SCI論文41篇。

    該成果的取得為直接甲醇燃料電池實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化奠定了重要基礎(chǔ)。

    直接液體燃料電池以其燃料來(lái)源廣、能量轉(zhuǎn)化率高、低污染、儲(chǔ)存和運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn),以及可應(yīng)用于便攜式電源、電動(dòng)機(jī)車(chē)和野外電站等領(lǐng)域,得到世界范圍的關(guān)注和重視。甲酸是較好的甲醇替代燃料,直接甲酸燃料電池(DFAFC)與直接甲醇燃料電池(DMFC)相比,具有無(wú)毒、不易燃、儲(chǔ)運(yùn)方便、安全性較好和電化學(xué)活性、能量密度、質(zhì)子導(dǎo)電更高等優(yōu)點(diǎn)。

    中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所與中科院大連化物所、南京師范大學(xué)在國(guó)家“863計(jì)劃”課題的支持下,于2007年12月共同開(kāi)展了“直接甲酸燃料電池”的課題攻關(guān)。選擇Pd基催化劑作為主要研究對(duì)象,同時(shí)兼顧Pt基催化劑,在技術(shù)上通過(guò)多種方法、控制實(shí)驗(yàn)條件來(lái)制備催化劑,并研究了控制催化劑的粒徑及分散性的方法,探索了催化劑的設(shè)計(jì)及活性的影響因素,優(yōu)化了碳紙、擴(kuò)散層、電極的制備工藝,制備自主呼吸型DFAFC樣機(jī)在室溫下功率為3.75W、功率密度達(dá)38mW/cm2;主動(dòng)式DFAFC樣機(jī)功率為45W、功率密度達(dá)150mw/cm2。課題實(shí)施期間申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利6項(xiàng),發(fā)表論文29篇。完成了合同書(shū)中規(guī)定的任務(wù),達(dá)到了課題目標(biāo)及主要考核技術(shù)指標(biāo),專家組一致同意該課題通過(guò)驗(yàn)收。

    該課題通過(guò)系統(tǒng)研究直接甲酸燃料電池的催化劑、雙極板等關(guān)鍵材料和器件,并組裝電池,為低成本、高比功率直接甲酸燃料電池的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

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