無人機已經在包裹投遞和搜索營救等領域得到了認可,然而飛行時間卻因為電池的限制而成為最大的短板。如果增加更多的電池,又會給機身整體質量帶來負擔。有鑒于此,浦項工科大學(Postech)將目光投向了燃料電池。研究團隊已經打造出了一種微型燃料電池,稱其不僅能夠讓無人機在空中飛行1個多小時,還有望在不遠的將來為智能機和汽車供能。
由該校Gyeong Man Choi教授和博士生Kun Joong Kim開發的這種固體氧化物燃料電池(SOFC),據說是首款采用了多孔不銹鋼和電解質薄膜的設計(鑄造疊層燒結技術)。由于電極熱容量很低,這種混搭不僅提升了性能,還擁有更長的耐久性。
團隊還將目光瞄向了此前的SOFC,考慮用硅元素和平版印刷蝕刻來改善快速降解和低耐久性(經歷熱膨脹后會出現電解質“對齊”的問題)。
研究人員稱,不銹鋼的使用,克服了困擾SOFC的最大問題——長時間高溫工作導致的啟動時間過長、以及機械和化學兼容性方面的問題。
在第三代燃料電池中,其采用了不會遇到腐蝕損耗問題的簡單結構,550℃(1022℉)下的峰值能量密度為560mW/cm³,并且能夠在快速熱循環中保持這一成績。
在功率密度和可靠性得到保證之后,團隊表示該燃料電池有望為一系列電子設備提供替代能源,比如智能手機和筆記本電腦上的鋰離子電池。
考慮到每個電芯只有78m㎡大小,其快速打開和關閉時間會與鋰離子電池相似,但能量密度卻是后者的數倍。如果智能機用上了這種電池,那它將只需一周充電一次。
浦項工科大學的這種固體氧化物燃料電池,是通過氫轉換來產生電力的。97的“濕”氫氣和3%的氧氣混合物被作為燃料,送到了陽極來發電。
固體氧化物材料扮演了電解質的角色,讓負氧離子從陰極傳導至陽極。離子穿過固體電解質,氧化了燃料,反應產生的電子經外部電路提供能源。
盡管這一燃料電池仍處于原型階段,但研究人員會朝著更大更便宜(但功率密度也更高)的方向去繼續努力。這項研究的細節已經發表在近日出版的《科學報告》(Scientific Reports)期刊上。