这种会“呼吸”的燃料电池安全又柔软

科技日报记者 张晔 通讯员 李梦影

近年来，便携式可穿戴电子设备迅速发展，安全又柔软的电池成为科学家着力攻关的方向。记者3月3日从中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所获悉，该所合成并应用一种新型复合材料，研制出安全、耐用、适应性强且具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料电池，避免了爆炸、着火等安全问题。该成果近日发表在国际权威期刊《先进能源材料》上。

传统电池直接用于便携式可穿戴电子设备，其能源供应存在安全事故发生的可能性，如穿戴电源被压缩、弯曲、切割、发生泄漏、着火等。因此，开发能够安全使用的能源供应系统非常重要。然而，关于燃料电池安全性研究的报道较少。对于燃料电池来说，机械过载也会引起燃料泄漏或造成灾难性影响。科学家一直在研发高度耐用的燃料电池，希望它可以通过如针刺、压缩、弯曲，甚至切割等安全测试，并有效地抑制燃料泄漏、热失控、火灾、爆炸等。

近日，中科院苏州纳米所研究员周小春团队合成和应用一种新型的琼脂凝胶与木质海绵的复合材料即凝胶/海绵复合材料，该新型复合材料因其独特的成分和结构，具有吸收速度快、循环性能好、甲醇吸收率高、含能高、柔性好等优点。复合材料对甲醇溶液具有很强的保留能力，在29.4千帕的压力下，含1.5%琼脂凝胶的复合材料可保留约90%的甲醇溶液。其面能量密度接近13.7毫瓦时每平方厘米。

此前，周小春团队已在柔性燃料电池的关键材料和技术方面取得系列进展，包括柔性有序高导电电极开发、便携式柔性制氢研究、柔性超薄气体扩散层研制、全固态直接甲醇燃料电池、柔性导电机理，以及高安全性柔性燃料电池等。

利用这一系列技术，他们研制出一种安全、耐用、适应性强且具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料电池（DMFC）。在一系列破坏性试验中，DMFC经受住包括长针刺穿、切割、弯曲和压缩等考验。新型复合材料能吸收并保留住甲醇溶液，因而在进行破坏性试验时没有燃料泄漏，使DMFC避免了爆炸、着火等安全问题。此外，研究利用吸收材料固化气态或液态燃料的概念，可以普遍应用于提高其他燃料电池的安全性、适应性和柔性。

使用1.5%琼脂凝胶复合材料的DMFC电堆的破坏性试验。受访者供图

关键词： 燃料电池