以氢气为动力的燃料电池是精密的系统。系统中水太少,允许发电的特殊膜会干燥,从而关闭化学反应。水太多,液滴会阻止氢气与电极相互作用,从而关闭化学反应。但普林斯顿大学的研究人员发现,根据二月份的《化学工程科学》杂志上的一篇论文,通过使燃料电池既能自排水又能自调节,可以使其更坚固。
化学工程师 Jay Benziger 实验室的本科生 Claire Woo 试图找到一种方法,使其获得专利的自排水燃料电池达到 100% 的效率,仅使用所供应的氢气量。典型的商用燃料电池仅使用高达 40% 的氢气,并且需要回收系统将未使用的气体带回反应室。Woo 没有采用这种回收系统,而是增加了一个水箱来收集化学反应过程中产生的任何多余水分。由于重力已经将任何形成的水下拉到反应室底部的水池中,Woo 可以通过控制允许流入反应室的氢气量来控制反应的整体大小。
当她增加氢气的流量时,它会将多余的水排出反应室,并释放出更多的电池用于发电。相反,当她添加较少的燃料时,更多的水会充满反应室,阻挡部分反应表面。“水会流入和流出燃料电池,以提供可变面积,其大小与功率相匹配,”Benziger 说。“我们没有扔掉所有的水,而是让一部分水继续积聚。”
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当然,这种闭合燃料电池系统仍然是实验室工作台上的一个原型,但其某些元件已经出现在更大规模的商业努力中。例如,本田的新型 FCX 原型也依赖于垂直对齐以允许重力排水。“本田只做对了一半,”Benziger 指出。“本田仍然需要加湿他们的进料。”
普林斯顿原型不必加水,因为它不依赖通道来引导氢气到达需要去的地方。相反,它通过一系列支柱流过电极和膜。通过将这种“干燥”进料与无需回收(以及一种将功率输出与燃料输入相匹配的方法)相结合,Benziger 和他的同事们开发出了一种在广泛用途中都经济的燃料电池。此外,Benziger 说,它还有很大的增长空间:“扩大规模没有任何内在问题。”