交通運輸行業(yè)是經(jīng)濟中最大的能源消費國之一，其清潔和更高效的需求不斷增長。當(dāng)越來越多的人使用電動汽車時，由于對電力和能源的需求，設(shè)計電動飛機，輪船和潛艇變得更加困難。

圣路易斯華盛頓大學(xué)麥凱維工程學(xué)院的一組工程師開發(fā)了一種高功率燃料電池，該電池在該領(lǐng)域取得了進(jìn)步。在Vijay Ramani，Roma B.和Raymond H. Wittcoff杰出大學(xué)教授的帶領(lǐng)下，研究小組開發(fā)了一種直接硼氫化物燃料電池，其工作電壓是當(dāng)今商用燃料電池的兩倍。

2月25日在《自然能源》上報道，使用獨特的啟用pH梯度的微尺度雙極界面(PMBI)進(jìn)行的這項進(jìn)步可以為多種運輸方式提供動力-包括無人水下航行器，無人機和最終的電動飛機-成本大大降低。

能源，環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)教授拉瑪尼說：“具有pH梯度功能的微型雙極界面是這項技術(shù)的核心。” “它使我們能夠在潛水器中使用液體反應(yīng)物和產(chǎn)品來運行這種燃料電池，在這種情況下，中性浮力至關(guān)重要，同時也使我們能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于更高功率的應(yīng)用中，例如無人機飛行。”

華盛頓大學(xué)開發(fā)的燃料電池在一個電極上使用酸性電解質(zhì)，在另一電極上使用堿性電解質(zhì)。通常，酸和堿相互接觸時會迅速反應(yīng)。拉瑪尼說，關(guān)鍵的突破是PMBI，它比一根頭發(fā)還細(xì)。使用McKelvey工學(xué)院開發(fā)的膜技術(shù)，PMBI可以防止酸和堿混合，形成尖銳的pH梯度，并使該系統(tǒng)成功運行。

拉瑪尼團隊的研究科學(xué)家Shrihari Sankarasubramanian說：“以前進(jìn)行這種酸-堿分離的嘗試無法合成和完全表征整個PMBI的pH梯度。” “結(jié)合新穎的電極設(shè)計和電分析技術(shù)，我們能夠明確表明酸和堿保持分離。”

首席作者王中陽是Ramani實驗室的一名博士研究生，他補充說：“一旦使用新型膜合成的PBMI被證明能有效發(fā)揮作用，我們就優(yōu)化了燃料電池裝置，并確定了實現(xiàn)高性能燃料電池的最佳運行條件。開發(fā)新的離子交換膜使PMBI成為一個極富挑戰(zhàn)性和回報的途徑。”

Ramani說：“這是一項非常有前途的技術(shù)，我們現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好將其擴展到潛水艇和無人機上。”