記者從中科院大連化物所獲悉，該所孫公權(quán)研究員與王素力研究員帶領(lǐng)的研發(fā)團隊,創(chuàng)新性地設(shè)計并構(gòu)筑了一種新型復合電源,該電源同時兼具高功率密度與高能量密度。相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學會-能源快報》上。

直接甲醇燃料電池是將液體甲醇燃料的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，憑借其高能量密度特性，在便攜式電源、離網(wǎng)固定電站等領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用潛力。但由于甲醇等液體燃料電氧化與氧氣電還原反應(yīng)動力學過程較慢，導致其功率密度較低，在高負載工況條件下其應(yīng)用受到嚴重制約。而超級電容器雖具有較高的功率密度，但由于受限于電極活性材料的比容量，其能量密度較低。目前，包括傳統(tǒng)燃料電池、超級電容器、鋰離子電池等大多數(shù)化學電源，難以同時兼具高功率密度與高能量密度。

為攻克相關(guān)難題，中科院大連化物所研究團隊構(gòu)筑了一種基于贗電容材料和電催化材料的新型雙效電極，并借此原位構(gòu)建了直接甲醇燃料電池與超級電容器復合電源，在單一電極上同時實現(xiàn)燃料電池的電催化反應(yīng)與超級電容器的充放電過程。該復合電源借助贗電容材料聚苯胺在陰極與陽極電位區(qū)間可發(fā)生氧化/還原態(tài)轉(zhuǎn)變的特性，從而實現(xiàn)了超級電容器原位自充電。

“這就好比將只有小出水口的大容量蓄水池中的水，過渡性地轉(zhuǎn)移到了小容量卻具有大出水口的容器中，復合容器的出水能力得到提升。”中科院大連化物所孫公權(quán)說，得益于聚苯胺快速的贗電容放電特性，復合電源的脈沖放電性能得到大幅提升，單體電池功率密度可達4kW/kg，較傳統(tǒng)直接甲醇燃料電池提高了80%以上，而甲醇的持續(xù)供給也保障了復合電源的高能量密度，這將為移動電源、電動汽車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供更多的應(yīng)用價值。

據(jù)悉，新型“雙高”電源將為贗電容與電化學反應(yīng)耦合機制為閘釋原理的下一代高比特性化學電源研發(fā)提供了新的研究思路，將促進能源高效利用、節(jié)能減排等國家政策的貫徹落實。該項目得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金的支持。