La industria del transporte es uno de los mayores consumidores de energía en la economía de los EE. UU. Con una demanda creciente para que sea más limpia y eficiente. Si bien más personas usan automóviles eléctricos, diseñar aviones de propulsión eléctrica, barcos y submarinos es mucho más difícil debido a los requisitos de potencia y energía.

Un equipo de ingenieros de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis ha desarrollado una celda de combustible de alta potencia que hace avanzar la tecnología en esta área. Dirigido por Vijay Ramani, el profesor universitario distinguido Roma B. y Raymond H. Wittcoff, el equipo ha desarrollado una celda de combustible de borohidruro directo que opera al doble de voltaje que las celdas de combustible comerciales actuales.

Este avance utilizando una interfaz bipolar de microescala (PMBI) única con gradiente de pH, reportado en Energía de la naturaleza 25 de febrero podría impulsar una variedad de modos de transporte, incluidos vehículos submarinos no tripulados, drones y eventualmente aviones eléctricos, a un costo significativamente menor.

"La interfaz bipolar a microescala de gradiente de pH está en el corazón de esta tecnología, "dijo Ramani, también profesor de energía, ingeniería ambiental y química. "Nos permite hacer funcionar esta celda de combustible con reactivos líquidos y productos en sumergibles, en el que la flotabilidad neutra es crítica, al mismo tiempo que nos permite aplicarlo en aplicaciones de mayor potencia, como el vuelo con drones ".

La celda de combustible desarrollada en la Universidad de Washington usa un electrolito ácido en un electrodo y un electrolito alcalino en el otro electrodo. Típicamente, el ácido y el álcali reaccionarán rápidamente cuando se pongan en contacto entre sí. Ramani dijo que el avance clave es el PMBI, que es más delgado que un mechón de cabello humano. Usando tecnología de membranas desarrollada en la Escuela de Ingeniería McKelvey, el PMBI puede evitar que el ácido y el álcali se mezclen, formando un gradiente de pH agudo y permitiendo el funcionamiento exitoso de este sistema.

"Los intentos anteriores de lograr este tipo de separación ácido-álcali no pudieron sintetizar y caracterizar completamente el gradiente de pH a través del PMBI, "dijo Shrihari Sankarasubramanian, un científico investigador del equipo de Ramani. "Utilizando un diseño de electrodo novedoso junto con técnicas electroanalíticas, pudimos demostrar inequívocamente que el ácido y el álcali permanecen separados ".

El autor principal, Zhongyang Wang, un candidato a doctorado en el laboratorio de Ramani, agregó:"Una vez que se demostró que el PBMI sintetizado con nuestras nuevas membranas funcionaba de manera eficaz, optimizamos el dispositivo de pila de combustible e identificamos las mejores condiciones de funcionamiento para lograr una pila de combustible de alto rendimiento. Ha sido un camino tremendamente desafiante y gratificante para desarrollar las nuevas membranas de intercambio iónico que ha permitido el PMBI ".

"Esta es una tecnología muy prometedora, y ahora estamos listos para pasar a escalarlo para aplicaciones tanto en sumergibles como en drones, "Dijo Ramani.