近年來，受政策和市場的雙重“寵幸”，我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展，但電動(dòng)汽車也有自己的焦慮，如續(xù)航里程短、充電時(shí)間長、循環(huán)次數(shù)低及安全性問題仍較為突出等。氫燃料電池汽車因續(xù)航里程長、加氫時(shí)間短及更清潔環(huán)保，已經(jīng)逐漸成為我國各地方政府推廣新能源汽車的又一發(fā)力點(diǎn)，目前上海、廣東、陜西西安、江蘇如皋、浙江臺(tái)州、湖北武漢、山西大同等地陸續(xù)出臺(tái)了支持燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策或措施。但氫燃料電池不是沒有自己的痛點(diǎn)，如氫氣的制取、儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本高、加氫站建設(shè)投資大、氫燃料電池技術(shù)研發(fā)進(jìn)展緩慢等問題，一直困擾著氫燃料汽車的發(fā)展。其他具有更高性價(jià)比和經(jīng)濟(jì)效益的燃料電池，也一直是企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)關(guān)注的方向。
近日，電池中國網(wǎng)從中科院獲悉，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在燃料電池與超級(jí)電容器復(fù)合電源研究方面取得新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)電源高功率密度和高能量密度兩者兼得，為開發(fā)下一代高比能量特性化學(xué)電源提供了新的研究思路。
據(jù)了解，燃料電池能量密度高，但由于液體燃料電氧化與氧電還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程慢，導(dǎo)致其功率密度較低；而超級(jí)電容器功率密度較高，但受限于電極活性材料比容量，其能量密度較低，目前大多數(shù)化學(xué)電源難以同時(shí)兼具高功率密度與高能量密度。該所團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了一種基于贗電容材料聚苯胺和電催化材料Pt/C（陰極）或PtRu/C（陽極）的新型雙效電極，借此構(gòu)建了原位直接甲醇燃料電池與超級(jí)電容器復(fù)合電源。該復(fù)合電源借助聚苯胺在陰極（氧電還原反應(yīng)）與陽極（甲醇電氧化反應(yīng)）電位區(qū)間可發(fā)生氧化/還原態(tài)轉(zhuǎn)變的特性，實(shí)現(xiàn)了超級(jí)電容器原位自充電。得益于聚苯胺快速的贗電容放電特性，復(fù)合電源的脈沖放電性能大幅提升，單體電池功率密度可達(dá)4kW/kg，較傳統(tǒng)單純的甲醇燃料電池提高了80%以上。同時(shí)，甲醇的持續(xù)供給保障了復(fù)合電源的高能量密度。
該工作闡釋的贗電容與電化學(xué)反應(yīng)耦合機(jī)制為下一代高比特性化學(xué)電源提供了新的研究思路。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在ACS Energy Letters上。
盡管氫燃料電池汽車吸引了不少車企的目光，把燃料電池汽車研發(fā)重點(diǎn)都放在氫燃料電池上，但也有一些車企不惜重金押寶其他燃料電池汽車技術(shù)的研發(fā)。今年8月份，英國錫里斯電力公司宣布與日產(chǎn)汽車建立合作伙伴關(guān)系，未來雙方將共同開發(fā)可使用天然氣等傳統(tǒng)燃料和沼氣、乙醇或氫氣等可持續(xù)性燃料高效率產(chǎn)生能量的燃料電池。該項(xiàng)目還獲得了英國政府3500萬英鎊的資金支持。據(jù)悉，英國錫里斯電力公司是SteelCell低成本固態(tài)氧化物燃料電池的開發(fā)商。錫里斯電力公司表示，SteelCell固態(tài)氧化物燃料電池采用銷量較大的和廣泛可用的材料制成，具有低成本效益，電力強(qiáng)勁且具擴(kuò)展性。與日產(chǎn)合作的項(xiàng)目涉及設(shè)計(jì)、構(gòu)建、測試和展示由錫里斯電力公司生產(chǎn)的固態(tài)氧化物燃料電池堆棧，將其部署在日產(chǎn)設(shè)計(jì)的、適用于生物燃料等各種高效燃料類型的燃料電池模塊中。
其實(shí)早在2016年6月，日產(chǎn)汽車就在日本橫濱研究酶生物燃料電池，開發(fā)以100%乙醇或乙醇混合水為原料，具有清潔、高效、便于供給優(yōu)勢的動(dòng)力系統(tǒng)。隨后，在當(dāng)年8月份，日產(chǎn)汽車在巴西發(fā)布了世界首款采用生物乙醇作為燃料發(fā)電的原型車，配備24千瓦時(shí)電池，續(xù)駛里程超過600公里。目前巴西地區(qū)有50%以上的汽車在使用乙醇燃料。
不過，日產(chǎn)汽車生產(chǎn)的乙醇汽車主要市場在巴西，原因是巴西有豐富的甘蔗和玉米等乙醇生產(chǎn)原料。
燃料電池根據(jù)電解質(zhì)類型不同主要分為固體氧化物燃料電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）等，是很有發(fā)展前景的動(dòng)力電池，除了以氫氣、甲醇、乙醇為燃料，還有以碳、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，原料相當(dāng)豐富。在科研院所、相關(guān)企業(yè)和社會(huì)各界的共同努力下，相信隨著更多清潔燃料電池技術(shù)的出現(xiàn)，必將為解決全球能源危機(jī)，改善環(huán)境和推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。
