据外媒报道，由韩国科学技术研究院（KIST）氢能与燃料电池研究中心（Hydrogen and Fuel Cell Research Center）Yoo Sung Jong博士领导的研究小组通过引入三维结构控制技术，开发出新燃料电池技术。与传统燃料电池相比，新燃料电池具有长期高稳定性和更高功率密度。该研究已发表于期刊《Advanced Materials》。

图片来源：KIST

三维结构是电极层、电解质膜和传输层的三维排列，它们是燃料电池运行的必要组件，与燃料电池的性能密切相关。

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燃料电池是一种利用元素氢（地球上最丰富）来发电的技术，作为一种可以克服二次电池充电速度和存储容量限制的清洁能源而备受关注。

在各种类型的燃料电池中，聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）具有很高的商业化潜力，因为可以快速提供电力并在相对较低的温度下运行。然而，长期运行过程中内部产生的水会降低其耐用性和性能，阻碍其商业化。

研究团队开发出基于多尺度架构的三维结构化电极控制技术，用于管理质子交换膜燃料电池内的水生成。这项技术结合了不同尺寸的结构来提高燃料电池的性能。这项研究表明，设计具有一维和三维多维结构的电极层可以解决性能下降的问题，即由使用现有催化剂和电解质膜时生成过多水而导致的性能下降。

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此外，通过在三维电解质膜表面形成单层或多层结构的图案，研究人员能够降低燃料电池的电阻，并增加电化学活性表面积，从而使燃料电池的机械强度得到提高。与之前的燃料电池相比，信燃料电池的功率密度提高了40%以上。

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研究小组还开发了一种三维结构的传输层，由于孔隙梯度和加湿气体扩散，该结构改善了传质性能。利用电解质膜的高表面应力，研究人员发现，电极层拉伸产生的裂纹可以成为电池内部产生的水的有效通道，从而使最大功率密度比传统燃料电池提高18%，且无裂纹。

KIST的Yoo sung jong博士表示：“利用三维结构，可以最大限度地利用各种催化剂（对于现有的燃料电池结构而言很困难），并且可以稳定地管理PEMFC中产生的水。未来，我们期望能够将与传统简单结构完全不同的新型三维结构应用于氢动力汽车或发电的燃料电池中。”

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