中国科学院苏州纳米研究所研制的自呼吸直接甲醇燃料电池

图1。凝胶/海绵复合材料的吸收性能

近年来，便携式可穿戴电子设备发展迅速，但其能源供应存在发生安全事故的可能，如压缩、弯曲、切割、泄漏、火灾等。因此，开发一个安全的能源供应系统是非常重要的。然而，关于燃料电池安全性研究的报道却很少。对于燃料电池来说，由机械过载引起的燃料泄漏可能会造成灾难性的影响。能否制造出一种高度耐用的燃料电池，能够通过针刺、压缩、弯曲甚至切割等安全测试？此外，在安全测试中，可以有效抑制燃料泄漏、热失控、火灾和爆炸等灾难性影响。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所周研究员在柔性燃料电池关键材料与技术方面取得一系列进展：柔性有序高导电电极的研制[ACS Nano，2017，11(6)，5982-5991]，便携式柔性制氢研究[美国化学会学报，2017，139(40)，14277-14284，化学科学，2017，8，7498-7504 全固态直接甲醇燃料电池(电源杂志，2020，450，27669)，柔性导电机理[中国化学快报，2019，30 (6)，1282-1288]，高安全性柔性燃料电池(先进能源材料，2021，2103178)。

近期，研究团队合成并应用了一种新型的琼脂凝胶和木质海绵复合材料，即凝胶/海绵复合材料，研制出了一种安全、耐用、适应性强、灵活的自呼吸直接甲醇燃料电池(DMFC)。由于其独特的组成和结构，这种新型复合材料具有吸收速度快(约10秒内吸收饱和)、循环性能好(循环次数& gt10倍)，甲醇吸收率高(>；5.2克/克)，高能量含量(& gt> 30.8千瓦时/千克)、弹性好等。该复合材料对甲醇溶液有很强的保留能力，含1.5%琼脂凝胶的复合材料在29.4 kPa压力下可保留约90%的甲醇溶液。其表面能密度接近13.7 mWhcm-2。同时，由凝胶/海绵复合材料制成的DMFC堆栈可以承受一系列破坏性测试，包括长针穿刺、切割、弯曲和压缩。新的复合材料可以吸收和保留甲醇溶液，因此在破坏性测试中没有燃料泄漏，这使得DMFC避免了爆炸和火灾等安全问题。此外，用吸收材料固化气体或液体燃料的概念的研究可广泛用于提高其他燃料电池的安全性、适应性和灵活性。

相关研究成果发表在《先进能源材料》杂志上，题目是使用凝胶/海绵复合材料的高安全性、耐久性、适应性和柔性燃料电池。该研究得到了国家重点科研项目的资助。d计划与国家自然科学基金。

图2。复合材料在压力下的溶液保持能力

图3。用1.5%琼脂凝胶复合材料对DMFC烟囱进行破坏性试验