Højdrevet brændselscelle booster elektrisk drevne undervandsfartøjer, droner

Transportindustrien er en af ​​de største forbrugere af energi i den amerikanske økonomi med stigende efterspørgsel for at gøre den renere og mere effektiv. Mens flere bruger elbiler, design af elektriske fly, skibe og ubåde er meget sværere på grund af strøm- og energibehov.

Et team af ingeniører fra McKelvey School of Engineering ved Washington University i St. Louis har udviklet en højeffekt brændselscelle, der fremmer teknologien på dette område. Anført af Vijay Ramani, Roma B. og Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor, holdet har udviklet en direkte borhydrid brændselscelle, der fungerer ved dobbelt så høj spænding som nutidens kommercielle brændselsceller.

Dette fremskridt ved hjælp af en unik pH-gradient-aktiveret mikroskala bipolær grænseflade (PMBI), rapporteret i Naturenergi 25. februar, kunne drive en række forskellige transportformer – inklusive ubemandede undervandsfartøjer, droner og i sidste ende elektriske fly - til væsentligt lavere omkostninger.

"Den pH-gradient-aktiverede mikroskala bipolære grænseflade er kernen i denne teknologi, " sagde Ramani, også professor i energi, miljø- og kemiteknik. "Det giver os mulighed for at køre denne brændselscelle med flydende reaktanter og produkter i undervandsfartøjer, hvor neutral opdrift er kritisk, samtidig med at vi lader os anvende det i applikationer med højere effekt såsom droneflyvning."

Brændselscellen udviklet ved Washington University bruger en sur elektrolyt ved den ene elektrode og en alkalisk elektrolyt ved den anden elektrode. Typisk, syren og basen vil hurtigt reagere, når de kommer i kontakt med hinanden. Ramani sagde, at det vigtigste gennembrud er PMBI, som er tyndere end et hårstrå. Ved at bruge membranteknologi udviklet på McKelvey Engineering School, PMBI kan forhindre syre og alkali i at blande sig, danner en skarp pH-gradient og muliggør en vellykket drift af dette system.

"Tidligere forsøg på at opnå denne form for syre-alkali-separation var ikke i stand til at syntetisere og fuldt ud karakterisere pH-gradienten over PMBI, " sagde Shrihari Sankarasubramanian, en forsker på Ramanis hold. "Ved at bruge et nyt elektrodedesign i forbindelse med elektroanalytiske teknikker, vi var i stand til utvetydigt at vise, at syren og basen forbliver adskilt."

Hovedforfatter Zhongyang Wang, en ph.d.-kandidat i Ramanis laboratorium, tilføjede:"Når PBMI syntetiseret ved hjælp af vores nye membraner viste sig at fungere effektivt, vi optimerede brændselscelleenheden og identificerede de bedste driftsbetingelser for at opnå en højtydende brændselscelle. Det har været en enormt udfordrende og givende vej til at udvikle de nye ionbyttermembraner, der har aktiveret PMBI."

"Dette er en meget lovende teknologi, og vi er nu klar til at gå videre til at skalere det op til applikationer i både undervandsfartøjer og droner, " sagde Ramani.