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一種從硼氫化物水溶液中流出的新型燃料電池得到了很大的推動。半小時或更短時間內(nèi)鋰離子電池的快速充電已達(dá)到電池電動車輛(EV)的長途旅行變得切實(shí)可行的程度。然而,繼續(xù)推動開發(fā)燃料電池,將氫氣與氧氣結(jié)合起來產(chǎn)生電能和水蒸氣。燃料電池車輛的加油可以通過在幾分鐘內(nèi)將高壓氫氣添加到車載壓力容器來實(shí)現(xiàn) - 比電池再充電更耗時。雖然將氫氣和氧氣結(jié)合起來似乎很簡單,但以可控方式這樣做,為什么收集電能需要昂貴的金屬(鉑)催化劑。此外,將氫氣壓縮至高壓需要很大的能量,并且其運(yùn)輸和儲存存在一系列問題。
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還可以構(gòu)造其他類型的燃料電池,其不需要?dú)鈶B(tài)氫。其中一種是直接硼氫化物燃料電池(DBFC),它使用堿性硼氫化鈉水溶液(NaBH4)作為陽極燃料,并通過添加氧氣或過氧化氫(H2O2)作為氧化劑發(fā)電。。硼氫化物溶液充當(dāng)氫的來源,并且DBFC通過還原 - 氧化(氧化還原)反應(yīng)將存儲在硼氫化物離子(BH4- )和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電。該反應(yīng)具有高功率密度,并且在簡單且相對便宜的催化劑如鎳的存在下在低溫下發(fā)生。
為了使DBFC有效地操作,陽極和陰極溶液之間必須存在高pH梯度。過去,這是一個問題,但華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的研究人員已開發(fā)出一種pH梯度微型雙極界面(PMBI),并允許在燃料的陽極和陰極處產(chǎn)生截然不同的局部pH環(huán)境。細(xì)胞。這項(xiàng)工作在Wash U新聞稿中有所描述。
根據(jù)發(fā)布的消息,“華盛頓大學(xué)開發(fā)的燃料電池在一個電極上使用酸性電解液,在另一個電極上使用堿性電解液。通常情況下,酸和堿在相互接觸時會迅速反應(yīng)。“團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Vijay Ramani說,”具有pH梯度功能的微型雙極接口是該技術(shù)的核心,“PMBI比一條線更薄人的頭發(fā)。使用膜技術(shù),PMBI可以防止酸和堿混合,產(chǎn)生明顯的pH梯度并使DBFC系統(tǒng)成功運(yùn)行。
“以前嘗試實(shí)現(xiàn)這種酸堿分離的方法無法合成并完全表征整個PMBI的pH梯度,”Ramani團(tuán)隊(duì)的研究科學(xué)家Shrihari Sankarasubramanian說。“使用新穎的電極設(shè)計(jì)結(jié)合電分析技術(shù),我們能夠明確地證明酸和堿保持分離。”
Ramani實(shí)驗(yàn)室的博士候選人Zhongyang Wang補(bǔ)充說:“一旦使用我們的新型膜合成的PBMI被證明有效工作,我們優(yōu)化了燃料電池裝置,并確定了實(shí)現(xiàn)高性能燃料電池的最佳操作條件。開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)PMBI的新型離子交換膜是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性和有益的途徑。“該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的燃料電池的運(yùn)行電壓是當(dāng)今商用燃料電池的兩倍。
Wash U研究人員特別感興趣開發(fā)用于專業(yè)應(yīng)用的DBFC。液體電極的使用是一個關(guān)鍵。“它允許我們使用潛水器中的液體反應(yīng)物和產(chǎn)品運(yùn)行這種燃料電池,其中中性浮力至關(guān)重要,同時也讓我們將其應(yīng)用于無人機(jī)飛行等高功率應(yīng)用,”拉馬尼說。
雖然有關(guān)DBFC的工作很有意思,但在商業(yè)產(chǎn)品出現(xiàn)之前仍有大量研究需要進(jìn)行。“這是一項(xiàng)非常有前途的技術(shù),現(xiàn)在我們已經(jīng)準(zhǔn)備好繼續(xù)擴(kuò)大潛水器和無人機(jī)的應(yīng)用范圍,”拉馬尼說。
高級編輯凱文克萊門斯30多年來一直在撰寫有關(guān)能源,汽車和交通主題的文章。他擁有材料工程和環(huán)境教育碩士學(xué)位以及機(jī)械工程博士學(xué)位,專攻空氣動力學(xué)。他在他的工作室里建立了幾個關(guān)于電動摩托車的世界陸地速度記錄。
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