燃料（liào）電池 ( fuel cells) 是一（yī）種不需要經過卡諾循環的電化學發電裝置，能量轉化率高（gāo）。由於在能量轉換過程中，幾乎不產生（shēng）汙染環境的含氮和硫的氧（yǎng）化物（wù），燃料（liào）電池還被認為是一種環境友（yǒu）好的能量轉換裝置。由於具有（yǒu）能量轉化效率高、發電效率高、比能高、汙染小、噪聲小等多種優異性，燃料電池技（jì）術被認為是 21 世紀新型（xíng）環保高效的發電技術之一。隨著研究不斷地突破，燃（rán）料電池已經在（zài）發電站、微型（xíng）電源等方麵（miàn）開始應用。

對燃料電池的陽極和陰極而言，多級孔結構（gòu）設計能夠促進燃料分子和（hé）反應產物（wù）的擴散，從而提高電流密度和轉化效率。Liu 等提出了一種用生物質作為碳前驅體製備（bèi）超薄多孔氮摻雜石墨烯( 約 1.4 nm)。通常情況下，多孔碳納米片都是通過模板法製備出來的，但是模板製備法後續處理耗時又耗材。比（bǐ）如 SiO2模（mó）板法製備多孔碳（tàn）納米材料需要強酸 (氫（qīng）氟酸)或（huò）強堿(如KOH)刻（kè）蝕 SiO2模板，這不但（dàn）會增加製備成本，而且容易汙染環境。采用具有海綿組織結構的水葫萍作為碳前驅體，利用（yòng）生（shēng）物（wù）質本身含有的金屬鹽在高溫下的刻（kè）蝕和氨（ān）氣的活化作用，製備出一種超薄多孔氮摻雜碳納米片。這種多孔氮摻雜碳納米片在堿性、中性和酸性條件下均表現出非常突出的（de）氧化還原性能，其穩定性和抗甲醇交（jiāo）叉效應均（jun1）優於 Pt/C 催化劑，並在自製的鋅 -空氣電池、微生物燃料電池以及直接甲醇燃料電（diàn）池（chí）中表現出非常（cháng）好（hǎo）的陰極性氧還（hái）原性能。在相同條（tiáo）件下，具有與商用 Pt/C[ 20% Pt(質量分數)]相當、甚至更好的催化（huà）性能。Wang 等開發了一種（zhǒng）簡單、高效（xiào）、綠色、大麵積、液相製備三（sān）維石墨烯泡沫電極的方法（fǎ），同時利用多元協同，成功製備出了一種負載超細鉬納米粒子的三維（wéi）多孔石（shí）墨烯泡沫電極。該電極在乙醇燃料電池的應用中（zhōng），表現出比商用 Pd/C 電極更好的催化活性和優異的穩定性。

Cheng 等利用原子層沉積技術，結（jié）合模板法，在（zài）柔性炭布基底上成（chéng）功（gōng）製（zhì）備了三維多孔 Pt 納米管陣列應用於甲醇氧化，原子層沉積技（jì）術的優（yōu）勢（shì）在於（yú）可以（yǐ）在原子尺度上（shàng）精確控製 Pt 的尺寸和（hé）厚度，這種結構主要有以下（xià）幾（jǐ）方麵的優勢:①三維中空納米管結構具有大的比表麵積，可以提供更多的活性位點；②納米管（guǎn）結構有利於電子（zǐ）的傳輸和電解（jiě）液的滲入;③Pt納米管和（hé）柔性炭（tàn）布的緊（jǐn）密（mì）接觸，能夠避免（miǎn）傳統粉末催化劑團聚和脫落的問題，有利於增強催化劑的穩定性。通過甲醇（chún）氧化性能測試和（hé）抗 CO 毒性測試發現（xiàn），原子層沉積製（zhì）備的較薄管壁 Pt納米管陣列（liè）呈現出優異的（de）電催化活性(815 mA/mg)和較好的抗CO毒性性能，其活性是商用（yòng） Pt/C[20% Pt(質量分數)]催化（huà）劑(275 mA/mg)的近3倍。Ye 等通過無模板生長法構築了低成本（běn）的三維氫氧化鎳/泡（pào）沫鎳[Ni(OH)2/Ni-foam] 電極，並作為高效的陽極材料（liào）用於直接尿素-過氧化氫燃料電池。電極上（shàng）Ni(OH)2催化劑的表麵形貌可以通過改變反應溫度來靈活控製，其中納米片狀 Ni(OH)2/Ni-foam 電極具有最高的尿（niào）素電氧化催化活性（xìng）。

聚合物電解質燃料（liào）電池具有啟動快速、輕質、高（gāo）效的特點，因而在便攜器件和電動汽車方麵備受關注。然而，目前聚合物電解質燃料電池的（de）發展仍舊存在許多限製因（yīn）素，例如催化劑價（jià）格、耐用性、流場結構（gòu）問題等。其（qí）中，差的流場結構會使得通道被液態水堵塞和反應物分布（bù）不（bú）均，這些（xiē）傳質問題會導致水（shuǐ）在氣體擴散電極孔道中過度累積和反應物缺乏，從而（ér）使得氣（qì）體擴（kuò）散電極（jí）中的（de）多孔碳骨架材料被腐蝕，催化劑結塊與聚合物膜分解，這些都將使得電池性能及壽命衰減。因此，在聚合物電解質燃料（liào）電池中（zhōng）設計一種新型流（liú）場結構十分必要。Trogadas 等從肺部的分形結構中（zhōng）獲得（dé）啟發，在聚合（hé）物電解質燃料（liào）電池中設計分形流場，克服了聚合物電（diàn）解質燃料（liào）電池中反應物分布不均勻（yún）的問題。

實驗結果證實了（le） 3D 打印（yìn）仿生肺部分形流場結構的聚（jù）合物電解質燃料電池的性能得到有效提升（shēng），相比於傳統蛇（shé）形流場結構，電池性能提高了約（yuē） 20%，最高功率密度提高了約 30%。當延長電流維持時間（jiān）進行測試時，反應物均勻分布的特性使得基於分形流場的聚合物（wù）電解質燃料電（diàn）池電壓保持穩定，其衰減幅度降低至 5 mV/h。除此之外，當擴大流場規模時（shí），聚合物電解質燃料電池仍舊能（néng）夠保持優異的電（diàn）化學性（xìng）能。此仿（fǎng）生肺部分形結構的技術（shù）在其它電（diàn）化學體係也具有廣闊的應用前景，例如:氧化還原流體電池，不同電解質與不同類型的燃料電池（chí）等。

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