Geresnio kuro elemento kūrimas

Kuro elementai, pagaminti iš kietųjų rūgščių junginių, gali pasiūlyti didesnę įtampą, aukštesnę darbinę temperatūrą, mažesnį sistemos sudėtingumą ir daugiau kuro galimybių nei dabartiniai kuro elementai. Taigi šią savaitę praneškite Kalifornijos technologijos instituto mokslininkams Gamta .

Kuro elementai cheminę energiją tiesiogiai paverčia elektros energija, o tai yra efektyvesnis procesas nei deginimas ( žr. Užpildykite vandeniliu ). Perspektyviausiuose kuro elementuose naudojamos membranos, pagamintos iš polimerinių elektrolitų. Jie veikia perleisdami kurą, pavyzdžiui, vandenilį, per membraną, kuri yra pralaidi tik protonams. Vandenilio elektronas turi eiti aplink membraną, generuodamas elektros srovę. Kitoje membranos pusėje vandenilis jungiasi su atmosferos deguonimi, todėl vienintelis šalutinis produktas yra vanduo.

Tačiau polimerinės elektrolitinės membranos turi vieną didelį trūkumą: joms reikia drėgmės. Tai apriboja eksploatavimo sąlygas žemiau vandens virimo temperatūros – tai pagrindinis apribojimas, kur ir kaip galima naudoti kuro elementus.

Kad polimeras veiktų, jis turi būti šlapias, sako Sossina Haile, Caltech medžiagų mokslų docentė ir pagrindinė šio straipsnio autorė. Gamta popierius. Tai reiškia, kad yra daug vandens valdymo ir temperatūros valdymo problemų. Turite laikyti vėsiai, bet ne per vėsiai, šlapią, bet ne per šlapią. (Per daug vandens garų, jie kondensuojasi ant membranos paviršiaus ir blokuoja dujas.) Visa tai padidina kuro elementų sudėtingumą, taigi ir kainą, sako ji.

Nėra vandens, nėra problemų

	Profesoriaus Haile tyrimų grupė (iš kairės į dešinę): Calum Chisholm, Ryan Merle, Dane Boysen ir Sossina Haile.

Skirtingai nuo polimerinių elektrolitų membranų, Haile kietos rūgštinės membranos yra bevandenės, o tai reiškia, kad jos veikia nepriklausomai nuo to, ar yra vandens, ar ne. Į Gamta , Haile pranešė, kad membranos, pagamintos iš cezio vandenilio sulfato – kietos rūgšties, maždaug tokios pat pigios kaip valgomoji druska, esant temperatūrai iki 160 °C, Haile pranešė apie teigiamus rezultatus.

Protonams laidus elektrolitas be vandens yra nuostabus dalykas, sako Sekharipuram Narayanan, kuro elementų tyrinėtojas iš Nacionalinės aeronautikos ir kosmoso administracijos Reaktyvinio judėjimo laboratorijos, praeityje dirbęs su Haile.

Narayanan moksliniai tyrimai sutelkti į kuro elementų maitinimą metanoliu - sritimi, kuri galėtų gauti didelį postūmį iš kietų rūgščių membranų. Vadinamieji tiesioginio metanolio kuro elementai naudoja metanolį, o ne vandenilį kurui. Tačiau polimerų pagrindu pagamintos membranos taip pat leidžia šiek tiek metanolio prasiskverbti pro ją nesukuriant energijos, o tai vadinama metanolio kryžminimu. Nors tai nebuvo įrodyta, Haile teorija teigia, kad kietos rūgštys gali sumažinti metanolio kryžminimą.

Siera, didelė problema?

Tačiau, jei kietosios rūgšties kuro elementai kada nors taps gyvybingu energijos šaltiniu, reikia įveikti pagrindines kliūtis. Haile prototipas generavo tik 50 miliamperų srovės vienam kvadratiniam centimetrui membranos, palyginti su 1 amper kvadratiniu centimetru, kurį sukuria polimerinių elektrolitų membranos.

Čia yra labai Tomas Zawodzinskis, Los Alamos nacionalinės laboratorijos kuro elementų tyrėjas, el. laiške technologyreview.com teigia, kad reikia nueiti ilgą kelią, kol jis taps beveik naudingas.

Kita problema: kietieji elektrolitai, tokie kaip Haile's, neveikia kambario temperatūroje ir turi būti kaitinami prieš pradedant gaminti energiją. Narayanan sako, kad tai nėra didelė problema, kai varote automobilį, tačiau dėl to mažos programos, tokios kaip mobilieji telefonai, beveik neįmanomos.

Bene didžiausia kliūtis yra ta, kad Haile membranoje yra sieros, kuri reaguoja su vandenilio kuru ir palaipsniui mažina kuro elemento našumą. Problema ta, kad kuro elementas - elektrolitas - susiduria su ekstremalia aplinka, sako Haile. Membranoje yra sieros, kuri reaguos su vandeniliu. Reakcijos produktas, vandenilio sulfidas, trukdo cheminei reakcijai, kuri generuoja elektrą.

Norėdami išspręsti šią problemą, Haile tyrimų grupė ieško kietų rūgščių, kuriose nėra sieros. Tai kažkas, kas gali būti išspręsta šiandien arba gali būti išspręsta niekada, sako ji.

paslėpti