新型甲酸氧化還原燃料電池讓舊電解液“變廢為寶”

中國科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)講席教授趙天壽，副教授魏磊、曾林團隊研制出了一種新型高性能全液體甲酸氧化還原燃料電池(LFARFC)。該研究突破了傳統(tǒng)燃料電池的限制，將價態(tài)發(fā)生偏移的液流電池電解液用作燃料電池陽極反應(yīng)物，取代了傳統(tǒng)的氧還原反應(yīng)(ORR)電極，不僅能高效產(chǎn)生電能，還可以對液流電池的電解液進行重整，從而恢復(fù)液流電池容量，讓廢棄電解液“變廢為寶”。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》。

在LFARFC中，研究人員采用含有氧化還原活性物質(zhì)的電解液作為燃料電池的陰極活性物質(zhì)，取代了傳統(tǒng)的ORR電極，解決了甲酸燃料電池中混合電勢和陰極電化學(xué)動力學(xué)效率低下的問題。

為了提升輸出功率密度，研究人員使用鉍修飾的鉑碳電催化劑，提升了甲酸的氧化反應(yīng)效率，并顯著增強了一氧化碳耐受性。在此基礎(chǔ)上，LFARFC在多個關(guān)鍵性能指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異，開路電壓達到1.23伏、峰值功率密度為每平方厘米281.5毫瓦，分別比傳統(tǒng)甲酸燃料電池提升了55.7%和235.1%。

研究人員探討了LFARFC在恢復(fù)液流電池容量中的實際應(yīng)用。通過與釩氧化還原液流電池結(jié)合，在100圈循環(huán)測試后，釩氧化還原液流電池的容量由于自放電等因素有所衰減，但通過LFARFC進行再充電處理，電池容量能夠恢復(fù)到初始最高水平的97.6%。在多次長循環(huán)后，利用LFARFC均能實現(xiàn)容量恢復(fù)效果。這一結(jié)果證明了LFARFC可以有效延長液流電池循環(huán)壽命。

該研究為高效能源存儲與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計提供了新思路，通過將燃料電池陽極和液流電池活性物質(zhì)結(jié)合，成功解決了甲酸燃料電池中的一些固有問題，還為液流電池的容量恢復(fù)提供了有效技術(shù)支撐，展現(xiàn)了這種雙系統(tǒng)設(shè)計在未來大規(guī)模、長時儲能系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用前景。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1039/D4EE02450H