Undervattensfordon, dykrobotar, och detektorer kräver sin egen energiförsörjning för att fungera under långa perioder oberoende av fartyg. En ny, ett billigt system för direkt elektrokemisk utvinning av energi från havsvatten erbjuder fördelen av att även kunna hantera korta toppar i effektbehovet, samtidigt som den bibehåller en långsiktigt stabil kraft. Att göra så, systemet kan självständigt växla mellan två driftlägen, som forskare rapporterar i tidskriften Angewandte Chemie .

Kartlägga ubåtslandformer, strömmar, och temperaturer, och att inspektera och reparera rörledningar och djuphavskablar är bara några exempel på uppgifter som utförs autonomt av undervattensanordningar i havets djup. Under dessa extrema förhållanden, utmaningen för kraftgeneratorer är att producera både en hög energitäthet (lång drifttid med grundläggande energianvändning) och hög effekttäthet (kortvarigt högt strömflöde) för aktiviteter som snabb rörelse eller verkan av en gripare.

Liang Tang, Hu Jiang, och Ming Hu och deras team från East China Normal University i Shanghai, Shanghai University, och den kinesiska forskningsakademin för miljövetenskap i Peking, Kina, har hämtat inspiration från marina organismer som kan växla sin cellandning mellan aerobt och anaerobt läge genom att använda olika material som elektronacceptorer. Forskarna har designat en ny kraftgenerator som fungerar enligt samma principer.

Nyckeln till upptäckten är en katod gjord av preussisk blått, en öppen ramstruktur med cyanidjoner som "stag" och järnjoner som "noder", som enkelt kan acceptera och släppa elektroner. När den kombineras med en metallanod, denna struktur kan användas för att generera el från havsvatten.

Om effektbehovet är litet, elektronerna som strömmar in i katoden överförs direkt till upplöst syre. Eftersom löst syre i havsvatten är outtömligt, effekt vid låg ström kan teoretiskt tillhandahållas under en obegränsad tid. Dock, koncentrationen av löst syre är låg. När strömbehovet, och därmed aktuell, ökar kraftigt, det finns inte tillräckligt med syre vid katoden för att omedelbart ta upp alla inkommande elektroner. Den preussiska blåen måste därför lagra dessa elektroner genom att reducera oxidationstillståndet för järnatomerna från +3 till +2. För att upprätthålla en avgiftsbalans, positivt laddade natriumjoner hamnar inom ramen. Eftersom dessa finns i hög koncentration i havsvatten, många natriumjoner – och därför många elektroner – kan absorberas på kort tid. När den nuvarande efterfrågan saktar ner, elektroner överförs till syre igen, syre regenererar stommen, Fe(2+) oxideras till Fe(3+), och natriumjonerna avgår.

Detta nya system är mycket stabilt i korrosivt havsvatten och tål många lägesomkopplare. Den körde kontinuerligt i fyra dagar i sitt högenergiläge utan att tappa kraft. Högeffektläget kunde leverera 39 lysdioder och en propeller.