美研發新型燃料電池,有望應用在水下無人機與電動飛機

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 04 日 14:44 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 follow us in feedly


近期美國科學家已開發出全新的燃料電池,工作電壓是現有燃料電池的兩倍以上,未來更有望以低成本助無人水下載具、無人機和電動飛機一臂之力。

通常提到電池儲能技術,人們首先想到的或許都是鋰離子電池,但除此之外,燃料電池也是儲能界的明日之星,只要穩定供應氧和燃料來源,燃料電池就可持續不間斷的提供電力。

燃料電池發展至今,各地科學家也已研發出不同類型的電池技術,像是近期美國聖路易斯華盛頓大學工程團隊便打造出全新的直接硼氫化物燃料電池(direct borohydride fuel cell,DBFC),工作電壓更是現有燃料電池技術的 2 倍以上。

其中 DBFC 是一種新型的燃料電池,為鹼性燃料電池的一員,基本上是將硼氫化鈉或硼氫化鉀當做燃料,具有功率密度高、綠色無污染、燃料易於儲存和運輸等優點,且由於該技術不需要昂貴的鉑催化劑,成本比一般燃料電池還要低,更可應用在小型攜帶式電子產品上,近年來頗受科學家歡迎。

(Source:聖路易斯華盛頓大學

具中性浮力易搭配

聖路易斯華盛頓大學團隊最近則成功在 DBFC 有所突破,透過開發新型離子交換膜:pH 梯度微型雙極介面(pH-gradient-enabled microscale bipolar interface,PMBI),讓新電池能以低成本為任何交通運輸工具供電,包括水中無人機、無人機,甚至是電動飛機,這些都是目前鋰離子電池難以抵達的境界。

聖路易斯華盛頓大學工程學院能源、環境與化工教授 Vijay Ramani 表示,PMBI 是新電池的核心技術,其具有中性浮力(在水中不會往上或往下浮)優勢,它讓科學家可在水下載具使用搭配液態反應物與產品的燃料電池。

新型 DBFC 跟其他燃料電池一樣,主要由陽極、電解質和陰極組成,而該團隊研發的電池是分別在正負陰陽極放入酸性電解質與鹼性電解質,並運用 PMBI 防止酸鹼電解質相互混合,最終形成 pH 梯度來傳遞離子,運用兩極之間的電壓差來發電。

開發新型離子交換膜為長久以來的大挑戰,論文主要作者 Zhongyang Wang 指出,自從 PBMI 可順利運作後,團隊已進一步最佳化高效率燃料電池設計,未來則將持續研究電池在水下無人機、無人機等設備的應用。目前研究已發表在《Nature Energy》。

(首圖為示意圖,來源:shutterstock)