Forskere udvikler en ny membranløs brændselscelle

Forskerholdet af INRS professor Mohamed Mohamedi har designet en grøn membranløs brændselscelle, der bruger ilt fra luften. Resultaterne af denne innovative mikrofluidiske applikation - den første i Canada - blev offentliggjort i Anmeldelser af vedvarende og bæredygtig energi.

Konventionelle brændselsceller er allestedsnærværende. De driver elbiler og drev de computere, der blev brugt ved Apollo-månelandingen i 1969. Disse brændselsceller mister spænding, efterhånden som de bruges og holder op med at fungere. Dette sker, fordi alkoholmolekyler (methanol eller ethanol) i brændselscellens anoderum krydser membranen, der adskiller dem fra katoderummet. Iltmolekyler i katoderummet reagerer med alkoholen, forårsager et spændingsfald.

Forskere har uden held forsøgt at udvikle en membran, der forhindrer alkoholmolekyler i at passere gennem den. Professor Mohamed Mohamedi, en hovedforfatter af undersøgelsen offentliggjort den 8. september, tog endnu et greb:at udvikle en brændselscelle uden membran.

Hans nye løsning koster mindre og kræver færre trin at fremstille, men den formår ikke at løse en vigtig udfordring. "Når membranen fjernes, methanolen eller ethanolen reagerer med ilten, ligesom i konventionelle brændselsceller. For at forhindre spændingsfald, vi skulle udvikle selektive elektroder i katoderummet. Disse elektroder, designet af ph.d.-studerende Juan Carlos Abrego-Martinez, forblive inaktiv i nærvær af alkoholmolekyler, men er følsomme over for den ilt, der genererer elektricitet, Professor Mohamedi forklarer. Han bemærker en anden unik egenskab ved denne membranløse brændselscelle:den bruger ilt fra luften omkring den.

Fra model til prototype

Det første skridt forskerne tog med at bygge en fungerende prototype var at køre numeriske simuleringer skabt af Alonso Moreno Zuria, INRS postdoc og en hovedforfatter af undersøgelsen. Gennem computermodellering, holdet testede forskellige konfigurationer af selektive elektroder i brændselscellen. "Konventionelle brændselsceller er som sandwich med membranen i midten. Vi valgte i stedet at arbejde på et enkeltlagsdesign. Vi var nødt til at bestemme, hvordan vi skulle arrangere og placere elektroderne for at maksimere brændstofforbruget og samtidig holde iltkoncentrationen i den omgivende luft i tankerne. " siger professor Mohamedi.

Da forskerne først havde besluttet sig for en konfiguration, de testede en prototype, der blev et proof of concept. Den membranløse brændselscelle drev en LED i fire timer med kun 234 mikroliter methanol. Forskerne vil optimere brændselscellen, så den kan bruge ethanol, et grønnere brændstof, der kan fremstilles af biomasse og landbrugsaffald. Ethanol giver også mere strøm pr. ækvivalent volumenenhed.

Holdet forventer, at brændselscellen kan drive bærbar elektronik såsom mobiltelefoner og mikrosystemer såsom luftforureningssensorer. I modsætning til konventionelle batterier, der lagrer elektricitet og skal genoplades, brændselsceller fortsætter med at producere energi, så længe der er brændstof til rådighed. "Denne energiforsyningsmetode er særlig effektiv, når genopladning ikke er mulig. Forestil dig at være midt i ørkenen, uden strøm. Du kan genoplade din mobiltelefon ved hjælp af en lille kapsel ethanol, som du forbinder til enheden, " siger professor Mohamedi.

Denne banebrydende teknologi har allerede tiltrukket sig industriens opmærksomhed, selvom forskerholdet kun er på prototypestadiet.