由埃里克Goldscheider/ 9月8日发布的2016年

工程副教授丹尼斯McKahn看中她制造氢燃料电池,执行更有效和更安全的环境比锂离子电池驱动小型便携设备。她是使用气象气球作为测试用例。

这不仅仅是一个大问题,因为改进现有技术工程的目标之一,但也因为它增加了一个激烈的辩论在工程和政策制定社区发展的能源基础设施。

将激励未来什么?

在McKahn看来,我们正在取得巨大的进步在太阳能和风能技术效率增加,价格下降。光伏电池板和风力涡轮机将越来越多的可再生能源发电的电网。我们也投资使电网“智能化”处理新模式的发电和分布。

这都是断奶的一部分自己从碳和阻止灾难性的气候变化。

不幸的是,电都有它自己的缺点:没有电池,不轻易便携式输电线路之外,很难储存。

这就是为什么科学家McKahn等关心的未来正在寻找氢作为一种攻击一个必须解决的问题,如果我们要踢我们的化石燃料的习惯。

她使她的案子开始一个简单的科学课。

基本上,氢可以像水一样从化合物中提取分离。要做到这一点需要电力。一个电荷应用于水分离成两个元素,氢和氧,在一个过程叫做电解。由此产生的氢气可以运输氢燃料箱和燃烧或使用燃料电池,转身成电能。

说:“我叫氢能源载体McKahn。“这是一种能量,移动它,因此它可以用在不同的时间在不同的地方。”

这种燃料电池McKahn构建在福特厅实验室被称为聚合物电解质膜(PEM)。它实际上是一个栈板(或三明治)和电线普通钢等材料做成的,石墨和塑料。板块的凹槽通道,分散的供应氢向一边的导电膜和空气。膜有一层铂表面上,这是过程的催化剂。

“当你有氢气和氧气相互玩好和完美,他们结合成水,“McKahn说。因为他们会到低能量状态,他们回馈一些电力分开了。

McKahn有利于氢在电池电能的携带它应该去的地方为一个最重要的原因是:锂在锂离子电池,它是一切可充电的一部分,是危险的煤矿工人。同样,最终注定要成为危险废物。我们不仅依赖于我们的手机电池,他们现在还中心所有混合动力电动汽车,并将成为一个重要的组件在一个智能配电网络。

不幸的是,然后处理生产锂离子电池未来几十年最后几个世纪是不可持续的。

McKahn的博士在密歇根大学的环境工程工作把她在氢燃料电池研究的厚三大美国汽车制造商。她是一个杰出的女校友的大学汽车研究中心。

驾驶氢燃料电池车的感觉类似于驾驶一辆汽油车。氢燃料汽车的原型现在存在的一系列300到400英里的坦克氢。大约需要3分钟。

出来的尾气是水蒸气。

缺点是能量散失。的电力的燃料电池是不到一半的电力创建氢燃料。其余的能量散失低品位热量两岸的分裂和统一过程。

然而,随着McKahn指出,汽油也不是自由能。作为石油储备减少,需要越来越多的能源,提取、交通、完善并交付一加仑汽油。成本增加,军队保护石油一起的后果将越来越多的碳到大气中,和你有一个非常低效的能量方程。

存储电能的效率比氢电池电池更在短期内,但它也需要能量生产和充电电池,他们只有有限数量的指控。再加上锂的毒性McKahn继续回到,前进的道路是明确的。我们将有一天到达公共经济,她说;问题是什么时候。

在她与非能源研究中心合作,McKahn参与设计和建造百万美元带有原型。大部分的大型汽车公司实验室致力于氢技术,和一些试点项目试验车辆的小舰队。市场上有汽车的早期采用者的意思,特别是如果他们住在加州,一个规模虽小但增长氢燃料站网络扎根。

起来,起来了

在史密斯,McKahn,她将目光转向便携式电力需求的气象气球几个原因。工程部的同事保罗·沃斯副教授和大气科学家,为他的研究使用气球,给McKahn准备访问。气球不同于其他车辆,因为当它们在空中,McKahn不必保持氢压缩,所以她没有太多担心燃料占用的体积。

说:“气球借口McKahn。“我先进的便携式燃料电池申请,更重要的是让谈话的氢”。

气球通常有一个小电池驱动的汽车上,可以远程控制泵的空气,让它出来,让它们上升和下降。

McKahn需要一个运动员的喜悦在描述她的小氢燃料电池的边缘打电池效率和性能的重要措施。年复一年,她一直跟上美国能源部的技术目标。

她的实验与便携式燃料电池应用程序像气球是减少质量,使燃料电池轻如可能的。这包括理论板上的槽模式,渠道氢气和空气接触对方。然后她测试理论与小燃料电池构建在实验室里。

“我玩一个游戏,”她说。“我试图降低质量,这意味着我试图减少厚度”的每个组件。的一部分是最好弄清楚“通道配置”,实现了她的目标。“应该是一个正方形通道?它应该是一个三角形?它需要什么深度?因为越深,厚板必须....我写了一整个论文,“McKahn说。

她也尝试新的燃料电池电力分配挤出每一盎司的效率的气球,将测试的东西在严酷的条件下在世界的偏远地区,天气冰冷,色情和暴力。如果氢燃料电池有一天成为权力的标准方式一个气球,更少的有毒的锂离子电池将失去在边远地区。

同样,她认为有价值的人们变得习惯于燃料电池而不是电池寻找其他的电力需求。不幸的是,在汽车的情况下,那些运行在锂离子电池和充电基础设施开始支持他们目前增殖更迅速比氢燃料汽车。这在很大程度上是因为政府已将更多的研究资金电池比燃料电池。

McKahn认为太糟糕了,因为锂的电动汽车技术是一个“令人难以置信的腐蚀性和肮脏的材料....我们完全混乱的一切如果我们跑来跑去说,“如果我们只是去电,解决我们所有的问题。“这并不能解决我们的问题。

“如果我们扩大我们所有的车辆转化成锂离子电池,规模是巨大的,我不认为我们真的认为通过,”她解释说。“这些材料有巨大的环境影响,他们有一个短暂的一生。”

她是否正在汽车或气球,McKahn致力于提高氢燃料电池的效率在各条战线上。“我的目标是打败锂离子电池对性能,因为如果我能打败他们,然后我们做的,“McKahn说。“目前的活跃的辩论是锂离子什么诗句。”

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在全国本科生可以尽可能多的实践经验与氢燃料电池在史密斯学院,根据工程副教授丹尼斯McKahn。18新利在线官网她知道这一点,因为她试图找到一个类似的项目时,她正在寻找外部评价者在她的任期内的过程。

“我真的找不到有人在这样的一所学校做活跃的燃料电池研究、“McKahn说。“大多数学校,如果他们有任何东西,将允许学生按几个按钮试验台。如果他们幸运的话,他们会有一个小工具,几乎像一个食谱,学生把材料放在一起,建立自己的燃料电池。”

这是一天的项目她需要四个星期教的技能。一路上,她的学生“真正探索这材料使用和为什么,气体和液相分子是如何运输的渠道与多孔介质,水射流和激光切割机是如何编程,甚至难以置信的加工公差的重要性。他们得到一个更好的,更深层次的教育,”McKahn说。“他们实际上了解燃料电池的工作,因为他们必须找出如何使他们的工作。”

她有她的学生设计和制造燃料电池然后测试它们在各种各样的效率指标。他们把他们的计算和规模设计电力系统与其他电源杂化,如光伏发电。

当教学热力学,McKahn学生困惑了各种方式的氢可能有一天成为经济的支柱。

氢的另一个用途,除了驱动车辆,在热电联产电厂。

当地机构包括马萨诸塞大学阿默斯特学院和史密斯最近建立了热电联产的植物燃烧天然气发电,同时捕获热量从燃烧过程。他们是有效的,因为他们使用通常是浪费热量为了控制校园建筑的温度。

但欧洲人踏出这一步,已经开始建设热电联产发电厂,使用混合方法和燃烧氢。这是一种认识到风能和太阳能或多或少的数量也多在一天的特定时间或在特定的季节里。混合方法使用峰值电分解水,从而创建一个氢燃烧时需要准备。

公众的兴奋使用氢在不同时期大幅上升,因为NASA在1950年代开始使用燃料电池。背后的基本科学技术可以追溯到1800年代中期。McKahn看到人们增长模式持怀疑态度的一种很有前途的技术,似乎总是在地平线上,但不会完全到来。

她也受到联邦资助的决定一直青睐电池研究氢的研究在过去的十年里。最有前途的工作发生氢和其他可再生能源技术是美国以外的国家。

现在地球上气候变化是轴承,可再生能源是未来网络的速度是呈指数增长的。

虽然史密斯不能支持燃料电池研究在相同的规模,这是发生在一些大型大学,McKahn很高兴能够让学生们接触她所看到的是我们的未来能源的重要组成部分。

”史密斯是唯一的国家,我知道,本科生可以设计实际系统,”她说。