Véhicules sous-marins, robots de plongée, et les détecteurs ont besoin de leur propre alimentation en énergie pour fonctionner pendant de longues périodes indépendamment des navires. Un nouveau, système peu coûteux d'extraction électrochimique directe de l'énergie à partir de l'eau de mer offre l'avantage de pouvoir également gérer de courtes pointes de demande de puissance, tout en maintenant une puissance constante à plus long terme. Faire cela, le système peut basculer de manière autonome entre deux modes de fonctionnement, comme le rapportent les chercheurs dans la revue Angewandte Chemie .

Cartographier les reliefs sous-marins, courants, et températures, et inspecter et réparer les pipelines et les câbles sous-marins ne sont que quelques exemples de tâches effectuées de manière autonome par des appareils sous-marins dans les profondeurs de l'océan. Dans ces conditions extrêmes, le défi pour les groupes électrogènes est de produire à la fois une densité d'énergie élevée (durée de fonctionnement longue avec une consommation électrique de base) et une densité de puissance élevée (débit de courant élevé à court terme) pour des activités telles que le mouvement rapide ou l'action d'une pince.

Liang Tang, Hu Jiang, et Ming Hu et leur équipe de l'East China Normal University à Shanghai, Université de Shanghaï, et l'Académie chinoise de recherche des sciences de l'environnement à Pékin, Chine, se sont inspirés d'organismes marins qui peuvent basculer leur respiration cellulaire entre les modes aérobie et anaérobie en utilisant différents matériaux comme accepteurs d'électrons. Les chercheurs ont conçu un nouveau groupe électrogène qui fonctionne selon les mêmes principes.

La clé de la découverte est une cathode en bleu de Prusse, une structure à charpente ouverte avec des ions cyanure en tant que « tiges » et des ions de fer en tant que « nœuds », qui peut facilement accepter et libérer des électrons. Lorsqu'il est combiné avec une anode métallique, cette structure peut être utilisée pour produire de l'électricité à partir de l'eau de mer.

Si la demande de puissance est faible, les électrons circulant dans la cathode sont transférés directement à l'oxygène dissous. Parce que l'oxygène dissous dans l'eau de mer est inépuisable, la puissance à faible courant peut théoriquement être fournie pour une durée illimitée. Cependant, la concentration d'oxygène dissous est faible. Lorsque la demande de puissance, et donc actuelle, sont fortement augmentés, il n'y a pas assez d'oxygène à la cathode pour absorber immédiatement tous les électrons entrants. Le bleu de Prusse doit donc stocker ces électrons en réduisant l'état d'oxydation des atomes de fer de +3 à +2. Pour maintenir un solde de charge, des ions sodium chargés positivement se logent dans la charpente. Parce que ceux-ci sont présents en forte concentration dans l'eau de mer, de nombreux ions sodium, et donc de nombreux électrons, peuvent être absorbés en peu de temps. Lorsque la demande actuelle ralentit, les électrons sont à nouveau transférés à l'oxygène, l'oxygène régénère la charpente, Fe(2+) est oxydé en Fe(3+), et les ions sodium partent.

Ce nouveau système est très stable dans l'eau de mer corrosive et peut supporter de nombreux changements de mode. Il a fonctionné en continu pendant quatre jours dans son mode haute énergie sans perte de puissance. Le mode haute puissance a pu alimenter 39 diodes électroluminescentes et une hélice.