De transportsector is een van de grootste energieverbruikers in de Amerikaanse economie met een toenemende vraag om deze schoner en efficiënter te maken. Terwijl steeds meer mensen elektrische auto's gebruiken, het ontwerpen van elektrisch aangedreven vliegtuigen, schepen en onderzeeërs is veel moeilijker vanwege de stroom- en energiebehoefte.

Een team van ingenieurs van de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis heeft een krachtige brandstofcel ontwikkeld die de technologie op dit gebied vooruithelpt. Onder leiding van Vijay Ramani, de Roma B. en Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor, het team heeft een directe boorhydride-brandstofcel ontwikkeld die werkt op het dubbele van de spanning van de huidige commerciële brandstofcellen.

Deze vooruitgang met behulp van een unieke pH-gradiënt-enabled microscale bipolaire interface (PMBI), gemeld in Natuur Energie 25 februari verschillende transportmodi kunnen aandrijven, waaronder onbemande onderwatervoertuigen, drones en uiteindelijk elektrische vliegtuigen — tegen aanzienlijk lagere kosten.

"De bipolaire interface op microschaal met pH-gradiënt vormt de kern van deze technologie, " zei Ramani, tevens hoogleraar energie, milieu- en chemische technologie. "Het stelt ons in staat om deze brandstofcel te laten werken met vloeibare reactanten en producten in duikboten, waarin neutraal drijfvermogen cruciaal is, terwijl we het ook kunnen toepassen in toepassingen met een hoger vermogen, zoals dronevluchten."

De brandstofcel die is ontwikkeld aan de Washington University maakt gebruik van een zure elektrolyt aan de ene elektrode en een alkalische elektrolyt aan de andere elektrode. Typisch, het zuur en alkali zullen snel reageren wanneer ze met elkaar in contact worden gebracht. Ramani zei dat de belangrijkste doorbraak de PMBI is, die dunner is dan een lok mensenhaar. Met behulp van membraantechnologie ontwikkeld aan de McKelvey Engineering School, de PMBI kan voorkomen dat het zuur en de alkali zich vermengen, een scherpe pH-gradiënt vormen en de succesvolle werking van dit systeem mogelijk maken.

"Eerdere pogingen om dit soort zuur-alkalischeiding te bereiken, waren niet in staat om de pH-gradiënt over de PMBI te synthetiseren en volledig te karakteriseren, " zei Shrihari Sankarasubramanian, een onderzoeker in het team van Ramani. "Met behulp van een nieuw elektrodeontwerp in combinatie met elektroanalytische technieken, we konden ondubbelzinnig aantonen dat het zuur en alkali gescheiden blijven."

Hoofdauteur Zhongyang Wang, een promovendus in het lab van Ramani, toegevoegd:"Toen bleek dat de PBMI, gesynthetiseerd met behulp van onze nieuwe membranen, effectief werkte, we hebben het brandstofcelapparaat geoptimaliseerd en de beste bedrijfsomstandigheden geïdentificeerd om een ​​hoogwaardige brandstofcel te bereiken. Het is een enorm uitdagende en lonende weg geweest om de nieuwe ionenuitwisselingsmembranen te ontwikkelen die de PMBI mogelijk hebben gemaakt."

"Dit is een veelbelovende technologie, en we zijn nu klaar om het op te schalen voor toepassingen in zowel duikboten als drones, ' zei Ramani.