Kredit:CC0 Public Domain
Bränslecellstekniken utvecklas kontinuerligt i takt med att förnybar energi och alternativa energikällor blir ett allt viktigare medel för att minska det globala beroendet av fossila bränslen. Plana bränsleceller, en utbredd design, kan vara skrymmande, ha kompressionsproblem och ojämn strömfördelning. Andra nackdelar inkluderar problem med reaktantgastransport, avlägsnande av överskottsvatten och tillverkningsutmaningar i samband med deras design.
Ett team av UConn-forskare under ledning av Jasna Jankovic, biträdande professor vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid School of Engineering, har tagit fram en ny design för en rörformig polymerelektrolytmembran (PEM) bränslecell som åtgärdar dessa brister och förbättrar befintliga rörformade PEM-bränslecellskonstruktioner, av vilka de flesta tar en plan PEM-bränslecell och krullar den till en cylinder.
Jankovic och två doktorander, Sara Pedram och Sean Small, tog ett mer holistiskt tillvägagångssätt som omprövar design av rörformiga bränsleceller från grunden. Deras störande, patentsökta koncept kan potentiellt ha nästan dubbelt så mycket energitäthet som andra rörformade PEM-bränsleceller, vara 50 procent lättare, ha en utbytbar inre elektrod och elektrolyt (om flytande), en läcksäker konfiguration och kräva färre ädelmetaller .
Det är en stor sak, säger Michael Invernale, senior licensieringschef på UConns Technology Commercialization Services (TCS) som arbetar med Jankovic för att få ut konceptet på marknaden. Mycket av ansträngningarna för att förbättra bränslecelldesignen, säger han, har fokuserat på slutanvändaren istället för det större nyttan.
"En bränslecell med påfyllningsbara komponenter är en sorts lösning som gör det", säger Invernale. "Ett flygbolag som förlitar sig på den här tekniken skulle ha mer incitament att bygga om en komponent. Just nu kan det vara billigare att byta ut hela enheten. Det är verkligen där den här designen lyser. Funktionerna i designen är gröna och hållbara och förnybara."
Bränsleceller är i huvudsak tankbara elektrokemiska kraftgenereringsanordningar som kombinerar väte och syre för att generera el, värme och vatten. Varje typ klassificeras främst efter vilken typ av elektrolyt den använder. Plana bränsleceller är konstruerade med hjälp av sandwichliknande staplar av stora, rektangulära flödesfältplattor gjorda av grafit eller metall, som står för cirka 80 procent av deras vikt och 40 procent av kostnaden. UConns design använder ett enda rörformat flödesfält som minskar vikten med hälften.
Konceptet är fortfarande under upptäckt och har finansiering från I-Corps och Partnership for Innovation (PFI) från National Science Foundation (NSF). Programmet skapades för att stimulera översättningen av grundforskning till marknaden, uppmuntra samarbete mellan akademi och industri och utbilda NSF-finansierade fakulteter, studenter och andra forskare i innovations- och entreprenörskapsfärdigheter.
Deltagande forskarteam har möjlighet att intervjua potentiella kunder för att lära sig mer om deras behov. Jankovic och hennes team genomförde ett 60-tal intervjuer under ett UConn Accelerator-program i början av 2022 som hjälpte dem att utöka marknaden och svara på viktiga frågor om huruvida de skulle starta en längre process eller inte, tillverka produkten själva eller licensiera tekniken till ett annat företag.
"Det var väldigt användbart att få feedback och vägledning från människor i industrin", säger Jankovic.
Jankovic ledde laget som PI, med Pedram och Small, som agerade som Entrepreneurial Lead respektive Co-Lead. Lenard Bonville, teamets industriella mentor, kommer att stödja teamet med sina årtionden av industriell erfarenhet. Teamet kommer att genomföra ytterligare 100 intervjuer med industrin för att upptäcka marknaden för deras produkt och få vägledning om dess slutliga design. Finansiering från NSF-Partnership for Innovation (PFI) kommer sedan att användas för att utveckla en prototyp och fortsätta kommersialisering.
Bränsleceller har ett brett utbud av tillämpningar, från att driva hem och företag, till att hålla kritiska anläggningar som sjukhus, livsmedelsbutiker och datacenter igång och flytta en mängd olika fordon, inklusive bilar, bussar, lastbilar, gaffeltruckar, tåg, och mer. Jankovics team arbetar för att få ett fullständigt patent på sin design och att noggrant testa konceptet. På kort sikt är de fokuserade på att kommersialisera tekniken och attrahera potentiella partners.
Jankovic föreställer sig att skapa en bränslecell ungefär lika stor som ett AA-batteri, men som en skalbar och modulär teknologi kan den skalas upp till vilken praktisk storlek som helst. Den cylindriska formen skulle göra det möjligt för fler bränsleceller att uppta samma mängd utrymme som de som används nu och vara billigare att tillverka, sa Invernale. Jankovic ser sin bränslecellsdesign som en ersättning för litiumjonbatterier.
Jankovic sa att hennes sju år i industrin innan hon kom till UConn övertygade henne om att det fanns ett behov på marknaden av en ny och bättre bränslecellsdesign.
"Från den erfarenheten visste jag att plana bränsleceller hade några problem", säger hon. "Jag frågade hela tiden och jag sa, 'låt oss göra det och ta reda på ja eller nej'." + Utforska vidare
