新型甲酸氧化还原燃料电池让旧电解液“变废为宝”

中国科学院院士、南方科技大学讲席教授赵天寿，副教授魏磊、曾林团队研制出了一种新型高性能全液体甲酸氧化还原燃料电池(LFARFC)。该研究突破了传统燃料电池的限制，将价态发生偏移的液流电池电解液用作燃料电池阳极反应物，取代了传统的氧还原反应(ORR)电极，不仅能高效产生电能，还可以对液流电池的电解液进行重整，从而恢复液流电池容量，让废弃电解液“变废为宝”。相关研究成果近日发表于《能源与环境科学》。

在LFARFC中，研究人员采用含有氧化还原活性物质的电解液作为燃料电池的阴极活性物质，取代了传统的ORR电极，解决了甲酸燃料电池中混合电势和阴极电化学动力学效率低下的问题。

为了提升输出功率密度，研究人员使用铋修饰的铂碳电催化剂，提升了甲酸的氧化反应效率，并显著增强了一氧化碳耐受性。在此基础上，LFARFC在多个关键性能指标上表现优异，开路电压达到1.23伏、峰值功率密度为每平方厘米281.5毫瓦，分别比传统甲酸燃料电池提升了55.7%和235.1%。

研究人员探讨了LFARFC在恢复液流电池容量中的实际应用。通过与钒氧化还原液流电池结合，在100圈循环测试后，钒氧化还原液流电池的容量由于自放电等因素有所衰减，但通过LFARFC进行再充电处理，电池容量能够恢复到初始最高水平的97.6%。在多次长循环后，利用LFARFC均能实现容量恢复效果。这一结果证明了LFARFC可以有效延长液流电池循环寿命。

该研究为高效能源存储与转换系统的设计提供了新思路，通过将燃料电池阳极和液流电池活性物质结合，成功解决了甲酸燃料电池中的一些固有问题，还为液流电池的容量恢复提供了有效技术支撑，展现了这种双系统设计在未来大规模、长时储能系统中的广泛应用前景。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1039/D4EE02450H