在平均的工作日中，北京的空氣會被煙霧籠罩，整個建筑物都看不見。應(yīng)當(dāng)歸咎于重工業(yè)和燃煤發(fā)電廠的排放，但每天早晨堵塞城市街道的近500萬輛汽車和卡車也是如此，這些汽車和卡車將有毒微粒霧散入大氣中。在中國和其他發(fā)展中國家，此類車輛排放問題正在成為一個日益嚴重的公共衛(wèi)生問題，并且不太可能在短期內(nèi)得到改善。

Iryna Zenyuk說，電動汽車的廣泛使用可以緩解煙霧，但是在任何遠距離行駛電動汽車都需要為數(shù)十個沉重的電池充電，這一過程可能需要數(shù)小時。塔夫茨大學(xué)機械工程學(xué)副教授Zenyuk說：“對于習(xí)慣于在泵上注滿水并在五分鐘后滾開的最終用戶來說，這是非常不舒服的。”

Zenyuk說，答案是開發(fā)氫燃料電池，這是一種更清潔，更高效的電源，可通過一系列電化學(xué)反應(yīng)將氫氣轉(zhuǎn)化為電能。然而，已經(jīng)證明制造既高效又負擔(dān)得起的燃料電池非常困難。Zenyuk和她的同事正在努力理解和克服創(chuàng)建商業(yè)上可行的產(chǎn)品的關(guān)鍵絆腳石。

燃料電池CAT掃描

燃料電池用于發(fā)電的反應(yīng)相對簡單且可靠。氫進入燃料電池時，會穿過由聚合物和鉑覆蓋的碳制成的多孔層。該層將電子從每個原子剝離，僅留下質(zhì)子。質(zhì)子然后穿過膜，最后到達另一個類似的層，稱為陰極，在此處它們與氧原子結(jié)合在一起，形成水分子。在此過程中，電池會產(chǎn)生可為汽車供電的電荷。

困難在于最后一步產(chǎn)生的水。盡管它是一種清潔的副產(chǎn)品，但從環(huán)境角度來看使該技術(shù)具有吸引力，但最終會降低效率。Zenyuk說，當(dāng)液滴在燃料電池內(nèi)部形成時，它們會慢慢堵塞其陰極層的孔隙，阻止空氣中的氧氣進入。使其進入電池內(nèi)部的氧氣越少，電池產(chǎn)生的能量就越少。即使是少量的水，當(dāng)卡在陰極的孔中時，也可以阻擋足夠的氧氣，從而對裝置的效率產(chǎn)生重大影響。

她說：“基本上，一旦形成水，就必須將這種液體填充到陰極層中，并且必須快速將其除去。” “水管理是燃料電池的關(guān)鍵問題之一。您需要足夠的水來使膜水合，但是過多的水會淹沒電池。”