高功率密度与高能量密度兼备的新型复合电源的研发

记者从中科院大连化物所获悉，该所孙公权研究员与王素力研究员带领的研发团队,创新性地设计并构筑了一种新型复合电源,该电源同时兼具高功率密度与高能量密度。相关研究成果发表在《美国化学会-能源快报》上。

直接甲醇燃料电池是将液体甲醇燃料的化学能直接转化为电能，凭借其高能量密度特性，在便携式电源、离网固定电站等领域具有极高的应用潜力。但由于甲醇等液体燃料电氧化与氧气电还原反应动力学过程较慢，导致其功率密度较低，在高负载工况条件下其应用受到严重制约。而超级电容器虽具有较高的功率密度，但由于受限于电极活性材料的比容量，其能量密度较低。目前，包括传统燃料电池、超级电容器、锂离子电池等大多数化学电源，难以同时兼具高功率密度与高能量密度。

为攻克相关难题，中科院大连化物所研究团队构筑了一种基于赝电容材料和电催化材料的新型双效电极，并借此原位构建了直接甲醇燃料电池与超级电容器复合电源，在单一电极上同时实现燃料电池的电催化反应与超级电容器的充放电过程。该复合电源借助赝电容材料聚苯胺在阴极与阳极电位区间可发生氧化/还原态转变的特性，从而实现了超级电容器原位自充电。

“这就好比将只有小出水口的大容量蓄水池中的水，过渡性地转移到了小容量却具有大出水口的容器中，复合容器的出水能力得到提升。”中科院大连化物所孙公权说，得益于聚苯胺快速的赝电容放电特性，复合电源的脉冲放电性能得到大幅提升，单体电池功率密度可达4kW/kg，较传统直接甲醇燃料电池提高了80%以上，而甲醇的持续供给也保障了复合电源的高能量密度，这将为移动电源、电动汽车等产业的发展提供更多的应用价值。

据悉，新型“双高”电源将为赝电容与电化学反应耦合机制为闸释原理的下一代高比特性化学电源研发提供了新的研究思路，将促进能源高效利用、节能减排等国家政策的贯彻落实。该项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金的支持。