雙極燃料電池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(dòng)

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(dòng)。半小時(shí)或更短時(shí)間內(nèi)鋰離子電池的快速充電已達(dá)到電池電動(dòng)車輛(EV)的長(zhǎng)途旅行變得切實(shí)可行的程度。然而，繼續(xù)推動(dòng)開發(fā)燃料電池，將氫氣與氧氣結(jié)合起來(lái)產(chǎn)生電能和水蒸氣。燃料電池車輛的加油可以通過(guò)在幾分鐘內(nèi)將高壓氫氣添加到車載壓力容器來(lái)實(shí)現(xiàn) - 比電池再充電更耗時(shí)。雖然將氫氣和氧氣結(jié)合起來(lái)似乎很簡(jiǎn)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(chǔ)存存在一系列問(wèn)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(yáng)極燃料，并通過(guò)添加氧氣或過(guò)氧化氫(H2O2)作為氧化劑發(fā)電。。硼氫化物溶液充當(dāng)氫的來(lái)源，并且DBFC通過(guò)還原 - 氧化(氧化還原)反應(yīng)將存儲(chǔ)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(jiǎn)單且相對(duì)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(yáng)極和陰極溶液之間必須存在高pH梯度。過(guò)去，這是一個(gè)問(wèn)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(yáng)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(gè)電極上使用酸性電解液，在另一個(gè)電極上使用堿性電解液。通常情況下，酸和堿在相互接觸時(shí)會(huì)迅速反應(yīng)。“團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Vijay Ramani說(shuō)，”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(wú)法合成并完全表征整個(gè)PMBI的pH梯度，”Ramani團(tuán)隊(duì)的研究科學(xué)家Shrihari Sankarasubramanian說(shuō)。“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(shuō)：“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(gè)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(shí)也讓我們將其應(yīng)用于無(wú)人機(jī)飛行等高功率應(yīng)用，”拉馬尼說(shuō)。

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(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍，”拉馬尼說(shuō)。

高級(jí)編輯凱文克萊門斯30多年來(lái)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(dòng)力學(xué)。他在他的工作室里建立了幾個(gè)關(guān)于電動(dòng)摩托車的世界陸地速度記錄。