Команда инженеров Инженерной школы Маккелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Луи разработал мощный топливный элемент, который продвигает технологии в этой области.
Во главе с Виджаем Рамани, рома B. и Раймонд Х. Витткофф, заслуженный профессор университета, команда разработала топливный элемент с прямым борогидридом, который работает при вдвое большем напряжении, чем современные коммерческие топливные элементы.
Это достижение с использованием уникального микромасштабного биполярного интерфейса (PMBI) с поддержкой градиента pH, сообщается в Nature Energy Feb. 25, может использоваться в различных транспортных средствах, включая беспилотные подводные аппараты, дроны и, в конечном итоге, электрические летательные аппараты – при значительно меньшей стоимости.
«Биполярный интерфейс с микромасштабным градиентом pH лежит в основе этой технологии», – сказал Рамани, также профессор энергетики, окружающей среды и химической инженерии. «Это позволяет нам эксплуатировать этот топливный элемент с жидкими реагентами и продуктами в подводных аппаратах, в которых важна нейтральная плавучесть, а также позволяет нам применять его в приложениях с более высокой мощностью, таких как полет дронов."
В топливном элементе, разработанном в Вашингтонском университете, на одном электроде используется кислотный электролит, а на другом – щелочной.
Обычно кислота и щелочь быстро реагируют при контакте друг с другом. Рамани сказал, что ключевым прорывом стал PMBI, который тоньше, чем прядь человеческого волоса. Используя мембранную технологию, разработанную в инженерной школе МакКелви, PMBI может препятствовать смешиванию кислоты и щелочи, создавая резкий градиент pH и обеспечивая успешную работу этой системы.
«Предыдущие попытки достичь такого типа кислотно-щелочного разделения не позволили синтезировать и полностью охарактеризовать градиент pH в PMBI», – сказал Шрихари Санкарасубраманян, научный сотрудник команды Рамани. «Используя новую конструкцию электродов в сочетании с электроаналитическими методами, мы смогли однозначно показать, что кислота и щелочь остаются разделенными."
Ведущий автор Чжунъян Ван, докторант в лаборатории Рамани, добавил: «После того, как было доказано, что PBMI, синтезированный с использованием наших новых мембран, работает эффективно, мы оптимизировали устройство топливного элемента и определили наилучшие условия эксплуатации для получения высокоэффективного топливного элемента.
Это был чрезвычайно сложный и полезный путь к разработке новых ионообменных мембран, которые позволили PMBI."
«Это очень многообещающая технология, и теперь мы готовы перейти к ее масштабированию для применения как в подводных аппаратах, так и в дронах», – сказал Рамани.
Среди других участников этой работы – Ченг Хе, докторант, и Хавьер Паррондо, бывший научный сотрудник лаборатории Рамани.
Команда работает с Офисом управления технологиями университета, чтобы изучить возможности коммерциализации.