在2022年2月3日，美國特拉華大學嚴玉山教授和Brian P. Setzler（共同通訊作者）等人在Nature Energy上發表最新論文，該文題為“A shorted membrane electrochemical cell powered by hydrogen to remove CO₂ from the air feed of hydroxide exchange membrane fuel cells”。

氫氧化物交換膜燃料電池（HEMFCs）是一種有效的質子交換膜燃料電池（PEMFCs）替代品，有望達到每千瓦30美元的系統成本目標。然而，還有一個主要障礙是大氣CO₂的有害影響，其很容易與HEMFC正極處的氫氧根陰離子反應形成碳酸鹽，從而由于碳酸鹽積聚的負極處的pH值降低而導致電池性能顯著下降，并且在較小程度上，聚合物電解質的離子電導率降低。從空氣中去除CO₂的傳統方法，例如使用固體吸附劑的不可逆CO₂封存等，無法滿足系統簡單性的要求，尤其是在運輸應用中。

綜上所述，作者開發了一種短路膜EDCS，它可以從進入下游HEMFC stack的空氣進料中去除超過99%的CO₂，而H2消耗量小于該堆的2%。這種類型的EDCS可以擴大規模，例如擴大到緊湊的螺旋纏繞模塊，因為它不使用雙極板或集電器等燃料電池組件，因此預計每千瓦的成本僅為1.4美元。通過添加碳添加劑制備短路膜，并且通過H₂進料速率控制電流被證明對這種短路膜電池有效。通過優化的電池構建和操作條件，25 cm²活性面積的短路膜EDCS在連續450 h的操作中從2000 sccm空氣中去除超過99%的CO₂，EDCS空氣中每小時平均增加約6 ppb的CO₂排氣流。對于1000到3000 sccm 之間的空氣流速變化，證明了沒有任何超調的快速動態響應。

作者設計并制造了螺旋纏繞EDCS模塊的早期原型，該模塊可從10000 sccm的氣流中去除98%的CO₂。作者還對用于80 kW_net HEMFC stack的EDCS模塊進行了TEA，在99%的CO₂去除率下，總成本為112美元（每千瓦1.4美元）。這種EDCS技術使HEMFC技術更接近市場，并且可以進一步開發用于其他應用，例如航天器或核潛艇的生命支持，其中氫氣很容易獲得，飛機和建筑物需要增加空氣再循環以節省能源和氫氣可能隨著氫經濟的發展而變得可用。

A shorted membrane electrochemical cell powered by hydrogen to remove CO₂ from the air feed of hydroxide exchange membrane fuel cells.Nature Energy, 2022, DOI: 10.1038/s41560-021-00969-5.