Bränsleceller spelar en viktig roll för att skapa en framtid för ren energi, med en bred uppsättning applikationer, från att driva byggnader till att elektrifiera transporter. Men, som med all ny teknik, forskare har mött många hinder när det gäller att utveckla prisvärda, effektiva bränsleceller och skapa ett sätt att rent producera vätgas som driver dem.

I en ny artikel i Perspektiv, publiceras i Journal of The Electrochemical Society , forskare siktar på att ta itu med en grundläggande debatt i nyckelreaktioner bakom bränsleceller och väteproduktion, som, om det löses, kan avsevärt stärka ren energiteknik.

I artikeln med öppen tillgång, "Perspektiv - mot att etablera skenbar vätebindande energi som beskrivaren för väteoxidations-/evolutionsreaktioner, " Yushan Yan och hans medförfattare från University of Delaware ger en auktoritativ översikt av arbete som utförts inom områdena väteoxidation och evolution, presentera nyckelfrågor för debatt, och ge vägar för framtida innovation på området.

Väteoxidation och väteutvecklingsreaktioner är två av de enklaste elektrokemiska reaktionerna, ändå råkar vara ryggraden i utvecklingen av kritisk ren energiteknik.

"Dessa två reaktioner är grunden för rena bränsleceller, " säger Yan. "Med väteoxidation, du har en bränslecellsreaktion. Om du gör väteutveckling, producera väte från vatten, det är vattenelektrolys, som producerar rent väte för bränsleceller och andra applikationer."

För närvarande, bränsleceller är främst kända för sin roll i att elektrifiera transporter. Bränslecellsbilar har tagits in på marknaden av företag som Toyota, Honda, och Hyundai, som fortsätter att stödja fordon som drivs av ren energiteknik. Majoriteten av moderna bränsleceller, speciellt de som används för biltillämpningar, är protonutbytesmembran (PEM) bränsleceller, som fungerar genom att utbyta protoner över ett surt polymermembran för att producera elektricitet och värme.

Dock, Yan och hans team vill förbättra denna modell, undersöker grundläggande sätt att producera en bränslecell som är mer prisvärd.

"Vad vi vill göra är att gå från en syra till en bas, " säger Yan. "Det kan låta väldigt enkelt, men denna förändring tillåter oss att använda oädla metaller som katalysatorer istället för de mycket dyra metallerna från platinagruppen. Vi är verkligen ute efter att lösa barriären framför PEM-bränslecellsteknik, vilket gör det billigare och därför kan användas på massmarknaden."

Forskarna fann att när de började gå från en syra till en basbränslecell, både väteoxidationsreaktionerna och väteutvecklingsreaktionerna blev mycket långsammare, påverkar teknikens effektivitet. I artikeln Perspective, gruppen skisserar detta problem och börjar formulera åsikter om varför detta händer, samt att bjuda in kamrater på fältet att engagera sig i samtalet.

"Att forska kan vara konkurrenskraftigt, men samtidigt, vi måste också ha fler människor att delta i konversationen för att saker ska börja hända snabbare, " säger Yan. "Med den här artikeln, vi letar efter fler människor att uppmärksamma detta problem och gå med oss ​​i debatten."

Genom att titta närmare på de grundläggande reaktionerna som är nödvändiga för att driva fram bränslecells- och ren väteproduktionsteknik, Yan tror att betydande framsteg kan göras för framtida ansökningar.

"När du tar dig an dessa mycket grundläggande frågor, det kan bli en omedelbar påverkan, " säger Yan. "I den här artikeln, vi pratar om väteoxidation, som är för bränsleceller. Men vi pratar också om den omvända reaktionen, vilket är väteutveckling. Vätgasutveckling handlar om att producera väte ur vatten med hjälp av vind- och solenergi. Det är rent väte. Säker, att väte kan stödja bränslecellsfordon, men väte har många andra tillämpningar."

Några av dessa andra tillämpningar inkluderar ammoniaksyntes. Utan ammoniakbaserade gödselmedel, världen skulle inte kunna odla tillräckligt med mat för att föda sin befolkning. Även om ammoniakproduktion är avgörande för mänskligheten, vätet som behövs för att producera det kommer från fossila bränslen. Ammoniak framställs för närvarande genom en reaktion mellan kväve och väte, kallas Haber-Bosch-processen, där väte produceras från reformering av naturgas. Om vätet som användes i denna process istället producerades på en ren metod, den totala miljöpåverkan skulle bli extremt förbättrad.

ECS:s artikeltyp Perspective gav Yan och hans medförfattare en unik plattform för att presentera sina idéer. Istället för en traditionell forskningsartikel, ECS Perspective-artiklar låter forskare diskutera nya insikter inom sitt område, med förmågan att generera nya idéer och avancera inom områdena relaterade till elektrokemi och fasta tillståndsvetenskap.

"Perspektiv-artikeln gjorde det möjligt för oss att sammanfatta vad som händer på detta område, men ännu viktigare, beskriva vad som kan göras eller vad som behöver göras i framtiden, " säger Yan. "I publicering med Journal of The Electrochemical Society , Jag kände att vi skulle nå den mest lämpliga publiken som är väl rustad att komma med nya idéer."

Yan hoppas att den här artikeln kan stimulera en konversation kring grundläggande reaktioner i bränsleceller och påbörja ett utbyte av idéer, potentiellt påskynda utvecklingen inom området.

"Mitt drömscenario, " sa Yan, "är det någon dag, Jag skulle se min bränslecell med hydroxidutbytesmembran implementeras i en bil."