高超:石墨烯气凝胶在燃料电池中的首次成功应用

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燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。降低重量，提高质量功率密度一直是低温质子膜燃料电池研究领域中的备受关注的要点与难点。具体到直接甲醇燃料电池，避免甲醇穿越质子交换膜也是研究的一个重点。为了避免甲醇穿越质子交换膜，传统的直接甲醇燃料电池只能用1-2 M 的低浓度甲醇作为燃料，从而大大降低了其输出功率。此外，甲醇的毒性严重影响此类燃料电池的民用。

近日, 英国Northumbria University 的Terence（Xiaoteng） Liu博士课题组和浙江大学高超教授课题组合作成功将石墨烯气凝胶应用在了直接甲醇燃料电池中。此项工作利用石墨烯气凝胶良好的导电性能，优异的机械性能，高催化剂负载性能和超轻的质量，用石墨烯气凝胶替代传统燃料电池中的两个重要组建—电极板和气体扩散层，大大降低燃料电池重量的同时将燃料电池的质量功率密度提升了3倍。石墨烯气凝胶具有特殊的选择吸附性，即使将12M的甲醇存储在气凝胶中，甲醇也几乎不会穿过质子交换膜。此外，石墨烯气凝胶还起到了燃料存储的作用，使得该燃料电池在无需持续输送甲醇的情况下维持运行，从而省去了外接甲醇存储装置和复杂的燃料循环系统，并降低了制作成本。这项工作对燃料电池的进一步发展起到了重要的推动作用。

成果发表在Small Methods 期刊上(DOI: 10.1002/smtd.201800138 )。