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新的燃料电池概念带来的生物设计,以更好地发电

通过 标志着e。格里芬
在威斯康星州能源研究所通讯专家

燃料电池长期被视为有前途的动力源。这些装置中,在19世纪30年代发明的,直接从化学品,如氢气和氧气产生电能,并产生仅水蒸汽作为排放。但大多数燃料电池过于昂贵,效率低下,或两者兼而有之。

在一种新的方法,通过生物在杂志的启发和出版今日(2018年10月3日) 焦耳,威斯康辛麦迪逊团队的大学已经设计成使用更便宜的材料,并且穿梭电子和质子的有机化合物的燃料电池。

Photo: Hydrogen fuel vehicle parked in parking lot

克的氢3的燃料电池车辆使用液态氢作为燃料。燃料电池的成本高是一个原因,在氢燃料运行目前在美国只有几千辆道路。 照片:美国能源部

在传统的燃料电池中,从氢的电子和质子从一个电极到另一个,在此它们与氧气结合以产生水输送。这个过程中的化学能转化为电能。以产生在很短的时间足够量的电荷的量有意义,需要一种催化剂以加速反应。

现在,市场上最好的催化剂是铂 - 但它与高的价格标签。这使得燃料电池价格昂贵,是原因之一,还有在美国氢燃料运行目前只有几千辆道路。

Photo: Fuel Cell

新的燃料电池设计的能量输出产生的什么是在氢燃料电池中可能目前市场上的20%左右,但该系统是大约100倍比使用相关有机梭生物燃料电池更有效。 照片:亚光的Wisniewski

香农斯塔尔,化学188bet体育官网教授,谁与领导的研究合作 撒切尔根,化学和生物工程学教授表示,不太昂贵的金属可以作为在目前的燃料电池催化剂,但只有在大量使用。 “问题是,当你看得过催化剂的电极,材料变得不那么有效,”他说,“导致能源效率的损失。”

Photo: Portrait of 香农斯塔尔

香农斯塔尔

Photo: Portrait of 撒切尔根

撒切尔根

该球队的解决方案是包装成本较低的金属,钴,引入到反应器附近,在那里材料的较大的量,不与它的性能造成干扰。研究小组随后从该反应堆的燃料电池设计了一个战略,以梭电子和质子来回。

此传输权车辆被证明是一种有机化合物,称为醌,可以在一个时间携带两个电子和质子。在队中的设计,醌拾取这些颗粒在燃料电池用电极,它们输送至填充有一种廉价的钴催化剂的反应器附近,并且然后返回到所述燃料电池拿起更多“乘客”。

许多醌降解成只有少数往返之后焦油状物质。斯塔尔的实验室,但是,设计了一个超稳定的醌类衍生物。通过改变其结构,团队大幅放缓醌的恶化。事实上,该化合物它们组装起来最后5000小时 - 在寿命超过100倍的增加相比以往醌结构。

燃料电池的成本高是一个原因,在氢燃料运行目前在美国只有几千辆道路。

“虽然这不是最终的解决方案,我们的概念引入了一种新的方法来解决这一领域的问题,说:”斯塔尔。他指出,他的新设计的能量输出产生的是什么在氢燃料电池可能目前市场上约20%。在另一方面,该系统是大约100倍比使用相关有机梭生物燃料电池更有效。

为斯塔尔和他的团队的下一步就是撞了醌调解员的表现,让他们穿梭电子更有效,产生更多的动力。这种进步将使他们的设计,以配合传统燃料电池的性能,而且具有较低的价格标签。

Photo: Portrait of 科林·安森

科林·安森

“这个项目的最终目标是让行业无碳的选项来创建用电,”科林陈太,在斯塔尔实验室和出版合着的博士后研究员说。 “其目的是找出哪些行业的需求,并创建填补了这一洞的燃料电池。”

这一步在廉价的替代品的发展可能最终成为像亚马逊和家得宝公司已经使用氢燃料电池驱动叉车在他们的仓库是一个福音。

“尽管主要障碍,氢经济似乎越来越大,补充说:”斯塔尔“一步步来。”

该项目的资金支持由中心分子电催化,能源前沿研究中心由美国提供资金能源,科学办公室,基础能源科学办公室的部门,由威斯康星校友研究基金会(WARF)通过WARF加速器项目。

 

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