苏州纳米所考研难度，苏州大学纳米所考研难度
随着便携式和可穿戴电子产品的快速发展，对柔性能源设备的安全问题在所难免。因此，开发可安全使用的能源供应非常重要。最近，科研人员 通过合成和应用琼脂凝胶和木海绵的新型复合材料，即凝胶 /海绵复合材料，成功制备了一种高度安全、耐用、适应性强且灵活的吸气式直接甲醇燃料电池（DMFC）。 凝胶/海绵复合材料具有高吸收率、高循环性能、高甲醇吸收能力、高能量含量和高柔韧性。此外，具有 1.5% 琼脂凝胶的凝胶/海绵复合材料在 29.4 kPa 的压力下保留了大约 90% 的甲醇溶液，并且所提出的 DMFC 的面能量密度接 近 13.7 mWh cm -2 。带有新复合材料的 DMFC 的单电池和堆栈都成功地通过了一系列破坏性测试，包括针刺、切割和压缩。因此，成功地证明了吸水材料可以极大地提高吸气式 DMFC 的安全性、适应性、灵活性和能量密度。此外，该概念通过使用吸收性材料来固化其气体或液体燃料，有望提高其他燃料电池的安全性。
示意图1 柔性能源的破坏性测试包括柔性锂离子电池、柔性超级电容器、柔性燃料电池等。破坏性测试包括针刺、压缩、弯曲、切割、泄漏和火灾。
图1 琼脂凝胶与木海绵复合新材料的制备与表征 [J]. a) 凝胶/海绵复合材料是通过将琼脂凝胶浇注到木海绵中来制造的。b) 甲醇被凝胶/海绵复合材料吸收。c) 吸收甲醇后的凝胶/海绵复合材料。d) 将含有甲醇的凝胶/海绵复合材料安装到吸气式 DMFC 中。e) 集成的吸气式 DMFC。f) 吸入空气的 DMFC 被破坏后，由于甲醇的蒸发而产生混合电位。g) 制备好的琼脂凝胶、木海绵和凝胶/海绵复合材料的照片。h) 大尺寸（10.5 × 4 × 0.2 cm 3 ）的柔性凝胶/海绵复合材料。i) 琼脂凝 胶的 SEM 图像。j) 木海绵的 SEM 图像。k) 凝胶/海绵复合材料的 SEM 图像。l) 凝胶/海绵复合材料的放大 SEM 图像。
图2 凝胶 /海绵复合材料的吸收性能。 a) 原始干燥复合材料的图像。b) 吸收甲醇后的复合物。c) 干燥复合物。d) 第二次吸收甲醇后的复合材料。e) 复合材料在甲醇吸收和干燥过程中的循环性能。f) 1.5%琼脂凝胶复合材料在不同甲醇浓度下的甲醇溶液吸收能力。g) 吸收时间为 40 秒时溶液和甲醇的吸收能力。h) 不同琼脂凝胶比例的复合材料在 23 m 甲醇中的甲醇吸收能力。i) 半干复合材料的图像。(j-m) 复合材料的吸收过程示意图。(j) 干燥复合物。(k) 液体吸收的开始。(l) 在液体吸收过程中。 (m) 在液体吸收结束时。
图3 复合材料在压力下的保持能力 。 a) 琼脂凝胶在 29.4 kPa 的压力下破裂。b) 无琼脂凝胶填充的木海绵在 29.4 kPa 压力下释放出大量甲醇溶液。c) 1.5% 琼脂凝胶复合材料在 29.4 kPa 压力下释放少量甲醇溶液。d) 琼脂凝胶、木海绵和复合材料的压缩应力。e) 不同压力下 23 m 甲醇溶液的保留率。f) 不同比例琼脂凝胶复合材料在29.4 kPa压力下甲醇溶液的保留率。g）在（e）中的两个压力区域中，不同比例的琼脂凝胶的甲醇截留率下降。h) 不同比例的琼脂凝胶在 23 m 甲醇和 29.4 kPa 压力下的甲醇保留。
图4 由含 1.5% 琼脂凝胶的复合材料制成的单一吸气式 DMFC 的破坏性试验。a) 制备好的 DMFC 示意图。b) DMFC 的示意图，针穿过燃料电池和复合材料。c) 带有角度切割和针孔的 DMFC 示意图。d) 准备好的 DMFC。e) DMFC 的针刺穿燃料电池和复合材料。f) 针刺入后 DMFC 的角度切割。g) DMFC 被切成两半。h) DMFC 的主要部分被切断。(i-m) 分别由热像仪测量的 (d-h) 中 DMFC 的表面温度。(i-m) 中绿色目标处的温度分别为 28.5、29.9、28.0、27.0 和 25.5 °C。
图7 对由含 1.5% 琼脂凝胶的复合材料制成的 DMFC 堆栈的破坏性测试。a) 破坏性实验方案。b) 使用含 1.5% 琼脂凝胶的复合材料制造的 4 个单电池 DMFC 堆栈的工作状态。c) DMFC 堆栈在破坏性测试前后的性能。d) 破坏性实验后 DMFC 堆栈的顶视图。e) 破坏性实验后 DMFC 堆栈的前视图。
相关论文以题为 Highly Safe, Durable, Adaptable, and Flexible Fuel Cell Using Gel/Sponge Composite Material 发表在 《 Advanced Energy Materials 》 上。 通讯作者 是 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 周小春研究员 。
参考文献 ：
doi.org/10.1002/aenm.202103178
苏州纳米所考研难度(苏州大学纳米所考研难度)