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研究人员开发新型无膜燃料电池 利用空气中的氧气发电

时间:2020-10-14 15:03:26

据外媒报道,加拿大国立科学研究院(INRS)教授Mohamed Mohamedi的研究团队,设计了一种绿色无膜燃料电池,它使用的是空气中的氧气。

(图片来源:INRS)

常规燃料电池可为电动汽车提供动力。在使用过程中,这些燃料电池会失去电压,最终停止工作。这是因为燃料电池负极室中的醇类分子(甲醇或乙醇)穿过将其与正极室分开的隔膜,与正极室中的氧分子反应,导致电压下降。

科学家们曾想开发一种可以阻止醇类分子通过的薄膜,但未获成功。在本项研究中,主要研究人员Mohamed Mohamedi教授提出另一建议,即开发不带膜的燃料电池。 新方案的成本更低,制造步骤也进一步减少,但无法解决关键挑战。Mohamedi教授称:“与常规燃料电池一样,当薄膜被移除时,甲醇或乙醇会与氧气发生反应。为了防止电压下降,我们必须开发用于正极室的选择性电极。由博士生Juan Carlos Abrego-Martinez设计的这些电极,在醇类分子存在的情况下不活跃,但对产生电力的氧气很敏感。”而且,这种无膜燃料电池还有一个特性:可以利用周围空气中的氧气。

从模型到原型

在建造工作原型时,研究人员首先运行由Alonso Moreno Zuria创建的数值模拟,他是INRS博士后研究员,也是这项研究的主要作者之一。研究小组通过计算机建模,测试燃料电池中选择性电极的不同配置。Mohamedi教授表示,“常规燃料电池就像三明治,中间是薄膜。我们选择单层设计,而且必须确定电极的排列和空间,以最大限度地利用燃料,同时保持环境空气中的氧气浓度。”

研究人员确定配置后,立刻进行概念验证原型测试。这种无膜燃料电池仅用234微升甲醇,就可以为LED供电四小时。研究人员希望对此类燃料电池进行优化,使其能够使用乙醇。这是一种可以用生物质和农业废物生产的绿色燃料,而且单位体积提供更多的能量。

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