Forskere udgiver perspektiv på brændselsceller

Brændselsceller spiller en stor rolle i at skabe en fremtid med ren energi, med en bred vifte af applikationer lige fra energiforsyning til bygninger til elektrificerende transport. Men, som med alle nye teknologier, forskere har stået over for mange barrierer i udviklingen af ​​overkommelige, effektive brændselsceller og skabe en måde at rengøre den brint, der driver dem.

I en ny artikel i Perspektiv, offentliggjort i Journal of The Electrochemical Society , forskere sigter mod at tackle en grundlæggende debat om nøglereaktioner bag brændselsceller og brintproduktion, hvilken, hvis det løses, kunne i væsentlig grad styrke rene energiteknologier.

I artiklen med åben adgang, "Perspektiv - mod etablering af tilsyneladende hydrogenbindingsenergi som beskrivelsen for hydrogenoxidations-/evolutionsreaktioner, "Yushan Yan og hans medforfattere fra University of Delaware giver et autoritativt overblik over arbejdet udført inden for områderne hydrogenoxidation og evolution, stille centrale spørgsmål til debat, og give veje til fremtidig innovation på området.

Hydrogenoxidation og hydrogenudviklingsreaktioner er to af de enkleste elektrokemiske reaktioner, men tilfældigvis er rygraden i udviklingen af ​​kritiske rene energiteknologier.

"Disse to reaktioner er grundlaget for rene brændselsceller, " siger Yan. "Med brintoxidation, du har en brændselscellereaktion. Hvis du laver brintudvikling, producerer brint fra vand, det er vandelektrolyse, som producerer rent brint til brændselsceller og andre applikationer."

I øjeblikket, brændselsceller er primært kendt for deres rolle i at elektrificere transport. Brændselscellebiler er blevet bragt på markedet af virksomheder som Toyota, Honda, og Hyundai, som fortsætter med at støtte køretøjer drevet af ren energiteknologi. Størstedelen af ​​moderne brændselsceller, specifikt dem, der anvendes til bilindustrien, er proton exchange membrane (PEM) brændselsceller, som fungerer ved at udveksle protoner over en sur polymermembran for at producere elektricitet og varme.

Imidlertid, Yan og hans team søger at forbedre denne model, undersøger grundlæggende måder at producere en brændselscelle, der er mere overkommelig.

"Det, vi ønsker at gøre, er at flytte fra en syre til en base, " siger Yan. "Det lyder måske meget simpelt, men denne ændring giver os mulighed for at bruge uædle metaller som katalysatorer i stedet for de meget dyre platingruppemetaller. Vi søger virkelig at løse barrieren foran PEM brændselscelleteknologi, gør det billigere og derfor kan implementeres på massemarkedet."

Forskerne fandt ud af, at da de begyndte at flytte fra en syre- til en basisbrændselscelle, både hydrogenoxidationsreaktionerne og hydrogenudviklingsreaktionerne blev meget langsommere, påvirker teknologiens effektivitet. I Perspective-artiklen, gruppen skitserer dette problem og begynder at formulere meninger om, hvorfor dette sker, samt at invitere kammerater i marken til at blande sig i samtalen.

"At lave forskning kan være konkurrencedygtig, men samtidig, vi skal også have flere mennesker til at deltage i samtalen, for at tingene begynder at ske hurtigere, " siger Yan. "Med denne artikel, vi leder efter flere mennesker til at være opmærksomme på dette problem og slutte sig til os i debatten."

Ved at se nærmere på de grundlæggende reaktioner, der er essentielle for at drive brændselscelle og ren brintproduktionsteknologi, Yan mener, at der kan gøres betydelige fremskridt for fremtidige ansøgninger.

"Når du tackler disse meget grundlæggende spørgsmål, der kan være en øjeblikkelig virkning, " siger Yan. "I denne artikel, vi taler om hydrogenoxidation, som er til brændselsceller. Men vi taler også om den omvendte reaktion, som er brintudvikling. Brintudvikling handler om at producere brint ud af vand ved hjælp af vind- og solenergi. Det er ren brint. Jo da, at brint kan understøtte brændselscellekøretøjer, men brint har mange andre anvendelser."

Nogle af disse andre applikationer inkluderer ammoniaksyntese. Uden ammoniakbaseret gødning, verden ville ikke være i stand til at dyrke nok mad til at brødføde sin befolkning. Mens ammoniakproduktion er afgørende for menneskeheden, den brint, der skal til for at producere den, kommer fra fossile brændstoffer. Ammoniak fremstilles i øjeblikket ved en reaktion mellem nitrogen og brint, kaldet Haber-Bosch processen, hvor der produceres brint ved at reformere naturgas. Hvis brinten, der blev brugt i denne proces, i stedet blev fremstillet i en ren metode, den samlede miljøpåvirkning ville blive ekstremt forbedret.

ECS's Perspective-artikeltype gav Yan og hans medforfattere en unik platform til at præsentere deres ideer. I stedet for en traditionel forskningsartikel, ECS Perspective-artikler giver forskere mulighed for at diskutere ny indsigt i deres felt, med evnen til at generere nye ideer og fremme felterne relateret til elektrokemi og faststofvidenskab.

"Perspektiv-artiklen gav os mulighed for at opsummere, hvad der foregår på dette område, men endnu vigtigere, skitsere, hvad der kunne gøres, eller hvad der skal gøres i fremtiden, " siger Yan. "I udgivelse med Journal of The Electrochemical Society , Jeg følte, at vi ville nå ud til det mest passende publikum, der er godt rustet til at komme med nye ideer."

Yan håber, at denne artikel kan stimulere en samtale omkring grundlæggende reaktioner i brændselsceller og begynde en udveksling af ideer, potentielt accelererende fremskridt på området.

"Mit drømmescenarie, " sagde Yan, "er det en dag, Jeg ville se min hydroxidudvekslingsmembranbrændselscelle blive implementeret i en bil."