香港理大团队：未来燃料电池汽车新型供能方式丨CellPress论文速递

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物质科学

Physical science

近年来，氢氧燃料电池作为未来电动汽车的潜在供能方式受到了越来越多的关注，成为了当下最具前景的先进能源技术之一。但氢气的生产、运输和储存目前还未有成熟的解决方案，氢氧燃料电池的广泛应用依然面临巨大的挑战。鉴于液体燃料具有高能量密度及便于运输与储存等特点，液体燃料电池已被认为在便携式电子设备和电动汽车行业中具有较大的应用潜力。然而，液体燃料电池即便使用了贵金属催化剂，传统醇类燃料的反应动力学仍然缓慢，尤其是在室温环境下，极大限制了电池功率密度和能量效率。

香港理工大学研究团队设计开发了一种新型发电系统——电燃料电池（e-fuel cell）[1]。该系统在传统液体燃料电池结构基础上，使用具有高反应活性的电燃料（an electrically rechargeable fuel: e-fuel）作为电池燃料。在室温条件下，显著提高了液体燃料电池功率密度和能量效率。文章发表于Cell Reports Physical Science。

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▲图1. 电燃料电池系统及其应用

要点1:电燃料（e-fuel）

最近，香港科技大学赵天寿院士及其研究团队提出了一种电燃料的概念[2]。该电燃料可以由无机物质、有机物质或颗粒悬浮液等各种电活性物质组成。与传统醇类燃料相比，电燃料具有以下两个特点：（1）电燃料在碳基材料上具有较高反应活性，其氧化反应无需使用任何催化剂，降低了电池成本并提高了耐久性；（2）电燃料具有可充电性，降低了燃料成本。基于上述概念与研究进展，本工作采用了由钒离子作为电活性物质的电燃料，克服了传统醇类燃料反应动力学缓慢的问题，从而大大提高了电池性能。

要点2:电燃料电池（e-fuel cell）

与传统醇类燃料电池不同，该电燃料电池由石墨毡阳极、传统氧阴极以及质子交换膜组成。由于使用了含有钒离子的电燃料，该电燃料电池的理论电压达到了1.49 V，高于传统醇类燃料电池。实验发现，该电燃料电池在室温条件下能够实现1.23V的开路电压，750 mA cm^-2的最大电流密度和293 mW cm^-2的最大功率密度；在恒电流（80 mA cm^-2）测试中，实现了42.3%的能量效率，均高于传统醇类燃料电池。

▲图2. 电燃料电池性能

小结：

研究结果表明，该电燃料电池在可再生能源利用领域具有极大的应用潜力，也有望成为未来燃料电池汽车供能方式。

本文参考文献

[1] X.Y. Shi et al. Energizing fuel cells with an electrically rechargeable liquid fuel. Cell Reports Physical Science, 2020.

https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100102

[2] H.R. Jianget al. A novel energy storage system incorporating electrically rechargeable liquid fuels as the storage medium. Science Bulletin, 2019.

https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.01.014

相关论文信息

相关结果发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊

Cell Reports Physical Science上，

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▌论文标题：

Energizing Fuel Cells with an Electrically Rechargeable Liquid Fuel

▌论文网址：

https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(20)30101-6

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100102

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