Onderwater voertuigen, duikrobots, en detectoren hebben hun eigen energievoorziening nodig om gedurende lange perioden onafhankelijk van schepen te kunnen werken. een nieuwe, goedkoop systeem voor de directe elektrochemische winning van energie uit zeewater biedt het voordeel dat het ook korte pieken in de stroomvraag kan opvangen, met behoud van een stabiel vermogen op langere termijn. Om dit te doen, het systeem kan autonoom schakelen tussen twee werkingsmodi, zoals onderzoekers rapporteren in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Onderzeese landvormen in kaart brengen, stromingen, en temperaturen, en het inspecteren en repareren van pijpleidingen en diepzeekabels zijn slechts enkele voorbeelden van taken die autonoom worden uitgevoerd door onderwaterapparatuur in de diepten van de oceaan. Onder deze extreme omstandigheden, de uitdaging voor stroomgeneratoren is om zowel een hoge energiedichtheid (lange looptijd met basisstroomverbruik) als een hoge vermogensdichtheid (korte termijn hoge stroomstroom) te produceren voor activiteiten zoals snelle beweging of actie van een grijper.

Liang Tang, Hu Jiang, en Ming Hu en hun team van de East China Normal University in Shanghai, Universiteit van Shanghai, en de Chinese Onderzoeksacademie voor Milieuwetenschappen in Peking, China, hebben zich laten inspireren door mariene organismen die hun celademhaling kunnen omschakelen tussen aerobe en anaerobe modi door verschillende materialen als elektronenacceptoren te gebruiken. De onderzoekers hebben een nieuwe stroomgenerator ontworpen die volgens dezelfde principes werkt.

De sleutel tot de ontdekking is een kathode gemaakt van Pruisisch blauw, een open raamwerkstructuur met cyanide-ionen als "struts" en ijzerionen als "nodes", die gemakkelijk elektronen kunnen accepteren en vrijgeven. In combinatie met een metalen anode, deze structuur kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken uit zeewater.

Als de stroomvraag klein is, de elektronen die in de kathode stromen, worden direct overgebracht naar opgeloste zuurstof. Omdat opgeloste zuurstof in zeewater onuitputtelijk is, vermogen bij lage stroom kan theoretisch voor onbeperkte tijd worden geleverd. Echter, de concentratie opgeloste zuurstof is laag. Wanneer de stroomvraag, en dus actueel zijn sterk toegenomen, er is niet genoeg zuurstof aan de kathode om alle binnenkomende elektronen onmiddellijk op te nemen. Het Pruisische blauw moet deze elektronen dus opslaan door de oxidatietoestand van de ijzeratomen te verlagen van +3 naar +2. Om een ​​ladingsbalans te behouden, positief geladen natriumionen nestelen zich in het raamwerk. Omdat deze in hoge concentraties in zeewater aanwezig zijn, veel natriumionen - en dus veel elektronen - kunnen in korte tijd worden opgenomen. Wanneer de huidige vraag afneemt, elektronen worden weer overgedragen aan zuurstof, zuurstof regenereert het raamwerk, Fe(2+) wordt geoxideerd tot Fe(3+), en de natriumionen vertrekken.

Dit nieuwe systeem is zeer stabiel in corrosief zeewater en is bestand tegen talrijke modusschakelaars. Hij liep vier dagen onafgebroken in de energierijke modus zonder stroom te verliezen. De high-power modus was in staat om 39 light-emitting diodes en een propeller te leveren.