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【第五十五期】大工技述:李明强|让燃料电池“燃”久一点

2019-04-18  点击:[ ]

随着科技进步和能源利用的深化, 燃料电池越来越被世界各国重视。燃料电池的发电原理是,直接将贮存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。燃料电池具有等温、高效、环境友好、污染低、无机械震动、噪音低的优点,能够适应不同功率要求、连续性发电,是继水力发电、火力发电、核电发电后的第四种发电方式。火电核电的能量转化效率是30%-40%,相比之下,燃料电池能量转换效率高达45%-70%

 

开发高性能、长寿命的大规模新型燃料电池系统,将为新能源产业提供技术支持和商业化基础。

李明强副教授从事该领域研究数年,在燃料电池材料和关键工艺上取得了技术创新:

开发150-350℃下运行质子交换膜燃料电池,填补了这个温度下燃料电池发展的空白

无机导体为质子传导材料可以克服目前聚合物为质子传导材料的降解问题,使燃料电池的寿命大幅度提高;

无机-有机杂化膜材料保证膜的高离子电导率,减少电池的内阻

研发全氟质子交换膜,助力新能源储能建设

通过技术优化和材料升级,李明强副教授自主研发了燃料电池和液流电池的关键材料低温全氟质子交换膜。低温全氟质子交换膜与目前常用的Nafion 质子交换膜相比,在工作温度、导电率、平面活性等性能上具有明显优势,且价格更低。

全氟质子交换膜

全氟质子交换膜性能参数:

?膜的拉伸强度超过20MPa

?离子电导率可达0.1S/cm

 

李明强副教授带领团队利用全氟质子交换膜组装了5千瓦级锌基液流电池、千瓦级锌溴液流电池和兆瓦级液流电池。

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千瓦级锌溴液流电池

经实验检测,5千瓦级锌基液流电池能够达到:

?开路电压 52V

?尺寸:24cm*14cm*55cm

?30A恒流充电,功率5KW70A恒流充电,功率4KW

?20A恒流放电,功率3.1KW; 100A恒流放电,功率4.2KW

?每平方厘米可以放出0.05A

5千瓦级锌基液流电池

利用原位剪裁技术,推进高循环寿命电池生产

镍锌电池作为一种古老的动力电池,有着诸多优点,尤其安全环保的特点最适合驱动电动客车。但目前商业化的镍锌电池普遍存在循环寿命短的问题,循环寿命很少超过1000次,大大限制了其在电动车上的应用。

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镍锌固体充电电池

氧化锌对石墨烯的原位剪裁技术,可以直接将石墨烯切割成短纳米带,石墨烯与锌之间强烈的原子间相互作用有助于将大量锌原子锚定在石墨烯表面。一方面,将锌原子锚定在石墨烯表面可以完全解决锌电极在放电过程中溶解在碱性溶液中的问题,避免枝晶形成;另一方面,锌的比表面积可以大大增加,并且可以促进化学反应速率。此外,石墨烯的优异导电性有助于大大提高充放电过程的速率。

李明强副教授课题组与我校副教授张晓亮合作,利用氧化锌对石墨烯的原位剪裁技术,构建新型镍锌电池负极材料应用于二次电池中,取得重大突破,使镍锌电池循环寿命提高了10倍。电池的循环寿命可达10000次,容量衰减率仅为0.0011%,最大放电容量为2603mAh/g,有效解决了镍锌电池负极循环寿命低的问题。此技术被锂电大数据遴选为2018年全球电池十大突破之一。目前,课题组已成功组装了基于该类电池的电动自行车和5千瓦的液流储能电池模块,并在相关企业进行了试生产。

 

人物简介:

李明强,博士,大连理工大学能动学院副教授。专注锌电池材料研究,主要在全氟质子交换膜、高性能锌溴液流电池、锌镍固体充电电池、锌铁液流电池等方面技术开发,在提高镍锌电池循环寿命课题取得技术突破。

 

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文字作者:景  博

编辑排版:景  博 马婷婷

责任编辑:景  博 蔡  琳

信息校对:李思静

 

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