수소전지는 배터리효율을 대폭 늘릴 수 있을까?

세계에서 가장 큰 에너지 소비자 중 하나인 운송분야의 전기화는 미래 에너지 및 환경 복원력에 매우 중요합니다. 이 분야의 전기화는 자동차와 트럭에서 보트와 비행기로 전기 자동차로의 전환을 쉽게 하기 위해 고출력 연료 전지 (독립형 또는 배터리와 함께)가 필요합니다. 액체 연료 연료 전지는 수소를 운반하고 저장할 필요가 없기 때문에 기존의 수소 연료 전지에 대한 우선적인 대안입니다. 무인 수중 차량, 드론 및 궁극적으로 전기 항공기에 전력을 공급하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 연료 전지는 현재 배터리 구동 전기 자동차의 범위 확장기 역할을 하여 채택을 진전시킬 수 있습니다. 이제 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학의 멕켈베이 공과 대학 연구원들은 기존 수소 연료 전지의 두 배 전압에서 작동하는 고출력 직접 붕 수소화 연료 전지(DBFC)를 개발했습니다. 저명한 대학교수인 비제이 라마니이 이끄는 연구팀은 새로운 물질을 발견했습니다. 즉, 고전력 작동을 가능하게 하는 최적의 유량 범위, 유동장 구조 및 체류 시간을 식별합니다. 이 접근 방식은 적절한 연료 및 산화제 분포와 기생 반응 완화와 같은 DBFC의 주요 과제를 해결합니다. 중요한 것은 연구팀이 단일 전지 작동 전압이 기존 수소 연료 전지에서 얻은 두 배인 1.4 이상으로 최대 전력이 1와트/㎠ 에 근접함을 입증했다는 것입니다. 전압을 두 배로 늘리면 더 작고 가벼우며 효율적인 연료 전지 설계가 가능해지며, 이는 여러 셀을 상업용으로 조립할 때 상당한 중량 및 조립,가공시 이점으로 분석됩니다. 그들의 접근 방식은 다른 종류의 액체-액체 연료 전지에도 광범위하게 적용됩니다. "반응물-수송 공학 접근 방식은 기존 부품을 사용하면서 이러한 연료 전지의 성능을 크게 향상시킬 수있는 우아하고 간편한 방법을 제공합니다. 우리의 지침을 따르면 현재 상용화된 액체 연료 전지조차도 성능 향상을 볼 수 있습니다." 라고 라마니는 말했습니다. 기존 연료 전지 기술을 개선하기 위한 핵심은 부반응 을 줄이거나 제거하는 것입니다. 이 목표를 달성하기 위한 대부분의 노력은 채택 및 현장 배포 측면에서 중요한 장애물에 직면 한 새로운 촉매제 개발을 포함합니다. 라마니팀의 선임 연구원인 쉬리하니 산카라수브라마니안은 "연료 전지 제조업체는 일반적으로 새로운 재료를 채택하기 위해 상당한 자본이나 노력을 지출하는 것을 꺼립니다. 그러나 기존 하드웨어 및 구성 요소로 동일하거나 더 나은 개선을 달성하는 것은 시장판도의 흐름을 바꿀만한 연구입니다." 라고 말했습니다. "촉매 표면에 형성된 수소 기포는 오랫동안 직접 수소화 붕소 나트륨 연료 전지의 문제였으며, 유동장의 합리적인 설계로 최소화할 수 있습니다. 이 반응물의 이동접근 방식의 개발과 함께 우리는 새로운 길을 열고 있다고 생각합니다." 라마니 연구실의 전직 연구원인 왕종양이 말했습니다. 그는 2019년 세인트루이스 워싱턴 대학교(WASHU)에서 박사 학위를 받았으며 현재 시카고 대학의 프리츠커 분자 공학 학교에 있습니다. 라마니는 다음과 같이 덧붙였습니다. "이 유망한 기술은 해군 연구실 (Office of Naval Research)의 지속적인 지원으로 개발되었습니다. 감사의 마음으로 인정합니다. 우리는 잠수함과 드론 모두에 적용할 수 있도록 배터리의 각 격실을 적층구조로 개발하는 단계에 있습니다."