周小春团队Adv. Mater.：通过微孔层设计在燃料电池的可回收性和可持续性方面取得进展

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燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，具有环境污染小、发电效率高等优势。以氢为燃料的燃料电池无碳排放，对从源头上控碳、减碳有着重要作用。近年来，燃料电池的产业化进程得到了飞速发展。然而，关于废弃燃料电池回收的研究处于较为匮乏的阶段。为完全回收燃料电池中的贵金属催化剂和离聚物，膜电极需要经过破碎并使用溶液将相应的材料分离。在该过程中，气体扩散层会参与到膜电极的回收中，一方面使得在电池中老化速度慢的气体扩散层不能重复使用，另一方面也会在回收贵金属和离聚物过程中产生大量的各类消耗，如溶剂等。
　　针对上述问题，中科院苏州纳米所周小春团队制备了一种由碳纳米管互穿网络构成的独立式微孔层。与传统的微孔层相比，这种独立式微孔层直接成型，而不需要涂敷在气体扩散层的大孔基底（一般为碳纸）上。互穿网络结构为这种独立式微孔层提供了高强度、高透气性、高导电性和高平整度等优异的物理性质，因此该独立式微孔层表现出了优异的电池性能（峰值功率达1.35 W cm-2）并能大幅促进燃料电池的可持续性。首先，该微孔层不仅适用于碳纸基底，也能够适用于各种碳基和金属基的多孔材料（峰值功率基本高于1 W cm-2），为高可回收型基底层提供了可靠的微孔层制备方案。其次，该微孔层大幅降低了催化层和气体扩散层以及微孔层和基底层的结合，使得燃料电池的气体扩散层能够在膜电极寿命到期后重复利用，将气体扩散层的寿命延长至138倍（峰值功率衰减8.2%）。最后，使用该独立式微孔层组装的膜电极在回收过程中，气体扩散层（除阴极微孔层）不需要参与到贵金属催化剂和离聚物的回收中，因此回收中的各种消耗得到了大幅减少（大于90%）。

　　图1. 废弃膜电极的回收过程

　　相关工作以A Recyclable Standalone Microporous Layer with Interpenetrating Network for Sustainable Fuel Cells为题发表在国际知名期刊Advanced Materials上。中科院苏州纳米所博士生文青林为论文的第一作者，中科院苏州纳米所周小春研究员为通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划和苏州市碳达峰碳中和科技支撑重点专项等项目资助。
　　论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202301504
      


      文章来源：宁波材料所
      周小春，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员。2008年获得中国科学院长春应用化学研究所博士学位，随后在美国康奈尔大学从事博士后研究，。长期从事燃料电池和单分子单纳米粒子催化方面的研究，在国际学术期刊杂志上共发表SCI收录的学术论文27篇，以及授权中国专利2项，其中第一作者的有9篇，已被引用230余次，单篇最高被引34次，单篇最高影响因子30.3。