【儀表網 研發快訊】燃料電池是直接將燃料的化學能轉化為電能的裝置，具有環境污染小、發電效率高等優勢。以氫為燃料的燃料電池無碳排放，對從源頭上控碳、減碳起到重要作用。近年來，燃料電池的產業化進程飛速發展。然而，關于廢棄燃料電池回收的研究處于較為匱乏的階段。為完全回收燃料電池中的貴金屬催化劑和離聚物，膜電極需要經過破碎并使用溶液將相應的材料分離。在該過程中，氣體擴散層參與膜電極的回收，使得在電池中老化速度慢的氣體擴散層不能重復使用，并會在回收貴金屬和離聚物過程中產生大量的各類消耗如溶劑等。
中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所周小春團隊制備了由碳納米管互穿網絡構成的獨立式微孔層。與傳統的微孔層相比，這種獨立式微孔層直接成型而不需要涂敷在氣體擴散層的大孔基底(一般為碳紙)上。互穿網絡結構為這種獨立式微孔層提供了高強度、高透氣性、高導電性和高平整度等優異的物理性質，因此該獨立式微孔層表現出優異的電池性能(峰值功率達1.35 W cm-2)并能大幅促進燃料電池的可持續性。該微孔層適用于碳紙基底，并可適用于各種碳基和金屬基的多孔材料(峰值功率基本高于1 W cm-2)，為高可回收型基底層提供了可靠的微孔層制備方案。該微孔層降低了催化層和氣體擴散層以及微孔層和基底層的結合，使得燃料電池的氣體擴散層能夠在膜電極壽命到期后重復利用，將氣體擴散層的壽命延長至138倍(峰值功率衰減8.2%)。使用該獨立式微孔層組裝的膜電極在回收過程中，氣體擴散層(除陰極微孔層)不需要參與貴金屬催化劑和離聚物的回收，因而回收中的各種消耗減少(大于90%)。
相關研究成果以A Recyclable Standalone Microporous Layer with Interpenetrating Network for Sustainable Fuel Cells為題，發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家重點研發計劃與蘇州市碳達峰碳中和科技支撐重點專項等的支持。
圖1.廢棄膜電極的回收過程
圖2.互穿網絡的形成和獨立式微孔層的高強度、高透氣性
圖3.獨立式微孔層的燃料電池性能
圖4.氣體擴散層的重復利用
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