仙人掌和燃料電池——那些你不知道的事兒

材料牛注：仙人掌和燃料電池會有什么不可告人的秘密呢,也許當你聽到仿生學這個名詞時你會有所頓悟。澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）和韓國漢陽大學的科學家從仙人掌得到啟發，使燃料電池的效率提高了四倍！

從卑微的仙人掌得到啟發，科學家猜想，一種新型的薄膜有可能顯著提高燃料電池的性能，從而推動電動汽車行業的發展。

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）和韓國漢陽大學的科學家把對薄膜的研究發表在了雜志Nature上。文章表明，在炎熱條件下薄膜（皮膚）對水分的保存特性，能將燃料電池的效率提高四倍。

根據澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的研究員和文章合著者Aaron Thornton博士所說，薄膜的工作機理和仙人掌類似，能在嚴酷干旱的環境下保存水分而生存下來。

Thornton博士指出，電車使用的燃料電池是通過混合一些簡單的氣體（如氫氣、氧氣）來進行發電的。然而，質子交換膜燃料電池（PEMFCs）需要保持不斷的水分才能維持性能。目前通過把燃料電池放在散熱器、蓄水池和加濕器等旁邊來實現保濕。存在的另一個問題是，當把這種電池運用于汽車時，需要占用很大空間，耗費很多能源。

從聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的研究員和文章合著者Cara Doherty博士獲知，研究團隊研發的仿仙人掌燃料電池薄膜使問題得到了解決。

燃料電池薄膜的工作機制和仙人掌類似。仙人掌植物有許多細小的裂痕，稱為氣孔，它在涼爽和潮濕的晚上開放，在炎熱和干旱的白天關閉，這樣十分有助于保存水分。同樣，在燃料電池薄膜中，電化學反應生成的水由表層的納米氣孔控制。氣孔在潮濕環境下張開，在干燥環境下關閉。這意味著燃料電池不需要外加笨重的加濕器來保持水分。

研究人員發現，在炎熱干燥環境下，這種皮膚薄膜使燃料電池的效率提高了四倍。這項研究的帶頭人、漢陽大學的Young Moo Lee教授認為，這可能對很多行業產生重大的影響，包括電動汽車行業的發展。

Lee教授指出，目前燃料電池電動汽車發展的最主要障礙就是燃料電池系統中的水和熱的處理。這項技術解決了這個障礙，讓我們向燃料電池電車的廣泛使用又跨進了一步。而且，這種技術也可以運用于需要用到保濕薄膜的其他現有技術，包括水處理和氣體分離設備。

這個跨洲科研團隊已經在一起研究了十多年。在這項研究中，漢陽大學構思并設計了實驗，聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的研究人員利用表征和建模的專業知識，確定了薄膜在濕度變化情況下的工作機理。

目前，該項研究已發表于Nature。

原文參考地址：Cactus-inspired skin gives electric cars a spike。

本文由編輯部王宇提供素材，丁旺旺編譯，萬鑫浩審核。