特拉华大学的研究人员开辟了新的领域，可能会使更环保的燃料电池更接近商业化。信用:特拉华大学(UD)的工程师展示了一种方法，使用一种由氢气驱动的新型电化学系统，可以有效地从空气中捕获99%的二氧化碳。这是二氧化碳捕获的一个重大进步，并可能使更多的环保燃料电池更接近市场。
由教授严玉山领导的研究小组于2月3日星期四在《自然能源》杂志上报道了他们的方法。
燃料电池效率的游戏改变技术
燃料电池通过将燃料化学能直接转化为电能来工作。它们可以用于混合动力或零排放汽车等交通工具。
严，亨利·贝林·杜邦化学与生物分子工程主席，一段时间以来一直致力于改进氢氧化物交换膜(HEM)燃料电池，这是一种经济且环保的替代物，可替代目前使用的传统酸基燃料电池。
但是HEM燃料电池有一个缺点，让它们无法上路——它们对空气中的二氧化碳极其敏感。本质上，二氧化碳使HEM燃料电池难以呼吸。
这一缺陷很快使燃料电池的性能和效率降低了20%，使燃料电池不比汽油发动机更好。严的研究小组已经为这个二氧化碳难题寻找了超过15年的解决方法。
几年前，研究人员意识到这个缺点实际上可能是一个解决方案——去除二氧化碳。
化学和生物分子工程研究助理教授、论文合著者布莱恩·塞茨勒(Brian Setzler)说:“一旦我们深入研究这种机制，我们就意识到燃料电池几乎捕捉了进入其中的每一点二氧化碳，它们真的很擅长将二氧化碳分离到另一边。
虽然这对燃料电池不好，但研究小组知道，如果他们能在燃料电池堆上游的独立设备中利用这种内置的“自净化”过程，他们可以将其转化为二氧化碳分离器。
“事实证明，我们的方法非常有效。如果我们有正确的设计和正确的配置，我们可以一次捕获空气中99%的二氧化碳。
那么，他们是怎么做到的呢？
他们找到了一种将电化学技术的电源嵌入分离膜的方法。该方法包括内部短路器件。
“这很危险，但我们设法通过氢气控制了这个短路的燃料电池。通过使用这种内部电短路膜，我们能够去掉笨重的部件，如双极板、集电器或燃料电池堆中常见的任何电线，”闫研究组的博士生、该论文的第一作者说。
现在，研究小组有了一个电化学装置，看起来像是一个普通的过滤膜，用于分离气体，但具有像更复杂的电化学系统一样从空气中连续提取微量二氧化碳的能力。
实际上，将该装置的电线嵌入膜中形成了一条捷径，使二氧化碳粒子更容易从一侧传播到另一侧。它还使该团队能够在小体积内构建具有大表面积的紧凑螺旋模块。换句话说，它们现在有一个更小的包装，能够一次过滤更多的空气，使其对燃料电池应用既有效又经济。与此同时，更少的组件意味着更低的成本，更重要的是，它提供了一种轻松扩展市场的方法。
研究小组的结果显示，一个2英寸×2英寸的电化学电池可以以每分钟约2升的速度连续去除空气中约99%的二氧化碳。研究人员说，一种大约12盎司汽水罐大小的早期原型螺旋装置能够每分钟过滤10升空气，并清除98%的二氧化碳。
塞茨勒说，按照汽车应用的比例，这种装置大约有一加仑牛奶那么大，但也可以用来去除其他地方的二氧化碳。例如，UD专利技术可以在航天器或潜艇中实现更轻、更高效的二氧化碳去除装置，在这些地方，持续过滤至关重要。
“我们有一些长期路线图的想法，可以真正帮助我们实现目标，”塞茨勒说。
据石介绍，由于电化学系统是由氢气驱动的，随着氢经济的发展，这种电化学装置也可以用于需要空气再循环作为节能措施的飞机和建筑物中。本月晚些时候，在完成论文答辩后，石将加入严创立的衍生公司Versogen，继续推进可持续绿色氢的研究。
来自严实验室的论文的合作作者包括，第一作者和研究助理，他们完成了测试该装置所必需的实验工作；斯蒂芬妮·马茨是一名博士生，他为螺旋模块的设计和制造做出了贡献，西蒙·戈特费尔德是UD大学化学和生物分子工程的兼职教授。戈特费尔德是2019年项目的首席研究员，该项目由高级研究项目局-能源(ARPA-E)资助，导致了这些发现。
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
