科技日報(bào)記者 張曄  通訊員 李夢影

   近年來，便攜式可穿戴電子設(shè)備迅速發(fā)展，安全又柔軟的電池成為科學(xué)家著力攻關(guān)的方向。

    但不論是鋰離子電池，還是甲醇燃料電池，跟汽油、火藥一樣，如果不把它“馴服”，就會(huì)有安全隱患。那么怎么馴服這匹烈馬呢？

    科技日報(bào)記者3月28日從中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所獲悉，該所周小春研究員團(tuán)隊(duì)合成并應(yīng)用一種新型復(fù)合材料，研制出安全、耐用、適應(yīng)性強(qiáng)且具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料電池，避免了爆炸、著火等安全問題。該成果近日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《先進(jìn)能源材料》上。

    傳統(tǒng)材料無法解決電池中甲醇泄漏難題

    燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率高、污染小、功率大、安靜可靠，有著廣泛的應(yīng)用前景，譬如用于電動(dòng)汽車、電腦、家用電器等，甚至在20世紀(jì)60年代，就已成功地應(yīng)用于阿波羅登月飛船，在航天航空領(lǐng)域嶄露頭角。最近，燃料電池搭上了新能源的快車，曝光度越來越高。

    甲醇燃料電池是燃料電池的一種。甲醇燃料電池又可分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種，主動(dòng)式甲醇燃料電池靠泵將液體甲醇輸送到陽極，而被動(dòng)式甲醇燃料電池則拋棄了這個(gè)笨重的“拖油瓶”，靠毛細(xì)作用、液體甲醇蒸發(fā)、燃料自身重力等方法給陽極供料。但是，我們都知道甲醇是一個(gè)“爆”脾氣，如果使用不當(dāng)，甲醇泄漏可能會(huì)導(dǎo)致著火甚至?xí)l(fā)生爆炸事故。

    經(jīng)過重重探索，科學(xué)家們找到了許多固化液態(tài)甲醇、不讓其泄漏的方法，比如利用海綿或者凝膠來吸收甲醇。但是普通的凝膠在釋放甲醇后體積會(huì)有較大收縮，并且其應(yīng)力太低不能保持原有形狀；而海綿雖然有很強(qiáng)的液體吸收能力和較強(qiáng)的形狀保持能力，但其保留液體的能力較弱，在一定的壓力下，甲醇很容易從海綿中擠出。所以，現(xiàn)在需要一種新型材料，能夠快速吸收并固化大量液態(tài)甲醇，并且在電池系統(tǒng)遭遇壓縮、針刺、切割時(shí)甲醇不易泄漏。

    新材料讓燃料電池既安全又柔軟

    周小春團(tuán)隊(duì)的研究生鄒思怡同學(xué)合成了一種新型的瓊脂凝膠與木質(zhì)海綿的復(fù)合材料，即凝膠/海綿復(fù)合材料，有望制服甲醇的“爆”脾氣。

    復(fù)合材料的制備過程很簡單。首先，將瓊脂粉溶于高純水中得到瓊脂凝膠溶液，然后將瓊脂凝膠溶液澆注到木質(zhì)海綿中，在真空條件下靜置一段時(shí)間，使得凝膠充分進(jìn)入到海綿孔洞中，最后得到凝膠/海綿復(fù)合材料。

    由于獨(dú)特的成分和結(jié)構(gòu)，新型復(fù)合材料具有甲醇吸收率高、吸收速度快、循環(huán)性能好、含能高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)甲醇溶液也具有很強(qiáng)的保留能力。

    利用凝膠出色的鎖水能力和海綿的強(qiáng)吸水性，周小春團(tuán)隊(duì)成功研制了一種安全、耐用、適應(yīng)性強(qiáng)并具有出色柔性的自呼吸式直接甲醇燃料電池。

    在一系列破壞性試驗(yàn)中，該甲醇燃料電池經(jīng)受住了包括長針刺穿、切割、彎曲和壓縮等考驗(yàn)。新型復(fù)合材料能吸收并保留住甲醇溶液，因而在進(jìn)行破壞性試驗(yàn)時(shí)沒有燃料泄漏，避免了爆炸、著火等安全問題。

    周小春告訴記者，這種利用吸收材料固化氣態(tài)或液態(tài)燃料的概念，可以普遍應(yīng)用于提高其他燃料電池的安全性、適應(yīng)性和柔性。

關(guān)鍵詞： 燃料電池