211service.com
Kuro elementas be platinos
Kuro elementai iš esmės yra efektyviausias būdas vandenilio kurą paversti elektros energija. Tačiau norint padalyti vandenilį į jonus ir elektros srovę, jiems reikia brangių katalizatorių, tokių kaip platina. Pigesni metalai tiesiog negali atlaikyti atšiaurios rūgštinės kuro elemento aplinkos. Dabar Kinijos mokslininkai sukūrė kuro elementą, kuriame naudojama nauja membraninė medžiaga veikti šarminėmis sąlygomis, todėl nereikia brangaus katalizatoriaus. Naujojo prototipo, kuriame kaip katalizatorius naudojamas nikelis, galia vis dar yra palyginti maža, tačiau tai yra pirmasis potencialiai daug pigesnio kuro elemento demonstravimas.
Galios polimeras: Naujas polimeras, parodytas šioje nuotraukoje miltelių pavidalu, gali būti naudojamas stabilioms kuro elementų membranoms, kurios praleidžia neigiamo krūvio jonus, gaminti.
Įprasti kuro elementai susideda iš dviejų elektrodų, padengtų platinos katalizatoriumi, kuris padalija vandenilio kurą į rūgštinius vandenilio jonus ir elektronus. Elektrodai yra atskirti polimerine membrana, kuri praleidžia rūgštinius vandenilio jonus iš vienos pusės į kitą, sukurdama išorinę elektros srovę. Naujasis kuro elementas, kurį sukūrė mokslininkai, vadovaujami Linas Džuangas chemijos profesorius iš Uhano universiteto Uhane, Kinijoje, naudoja naują membraną, kuri laiduoja šarminius jonus, vadinamus hidroksilo grupėmis. Šarminiai kuro elementai veikia reaguodami vandenilį ir deguonį, kad susidarytų hidroksilo jonai ir vanduo – reakcija, kurią Uhano universiteto kuro elemente katalizuoja nikelio anodas. Hidroksilo jonai praleidžiami per polimero membraną, generuodami išorinę elektros srovę.
Dauguma tyrinėtojų daugiausia dėmesio skyrė rūgštiniams kuro elementams, nes jau buvo sukurtos membranos, kurios gerai veikia tokiomis sąlygomis. Stabili hidroksiliui laidži membrana buvo šventasis elektrochemijos gralis, sakoma Robertas Savinelis , chemijos inžinerijos profesorius Case Western Reserve universitete, Klivlande. Tokia membrana leistų tyrėjams sukurti kuro elementus ir baterijas, kurioms nereikia brangiųjų metalų katalizatorių, bet gali būti naudojami pigesni, pavyzdžiui, nikelis.
Zhuang polimeras savo struktūra yra panašus į labai laidų polimerą Nafion, kuris naudojamas įprastuose rūgštiniuose kuro elementuose. Jis gali pasirodyti pigesnis nei Nafion, kuris turi būti praturtintas fluoro grupėmis, kad apsaugotų nuo rūgščių sąlygų. Kiti tyrėjai stengiasi pagerinti galią ir sumažinti rūgštinių kuro elementų kainą kurdami alternatyvas Nafion, tačiau šiems elementams vis dar reikalingi brangūs katalizatoriai.
Zhuang grupė pademonstravo naują membraną šarminiame kuro elemente, kuriame kaip katalizatorius naudojamas sidabro katodas ir vandenilį skaidantis nikelio anodas. Nikelio katalizatoriai, naudojami anksčiau sukurtuose šarminiuose kuro elementuose, nebuvo labai veiksmingi, nes jie greitai oksidavosi, todėl šarminiai kuro elementai naudojo tuos pačius platinos katalizatorius, kaip ir rūgštiniai. Uhano mokslininkai sukūrė anodą, padengtą nikelio nanodalelėmis, dekoruotomis chromu, kuris yra atsparesnis oksidacijai nei ankstesni nikelio katalizatoriai.
Naujojo kuro elemento galia – apie 50 milivatų kvadratiniam centimetrui esant 60 ºC – yra kukli. Tačiau kaip pirmasis šarminio kuro elemento, kuriam nereikia brangių metalinių katalizatorių, demonstravimas, tai yra svarbus principo įrodymas, teigia mokslininkai. Kuro elementai turi nueiti ilgą kelią efektyvumo, ilgalaikio stabilumo ir išlaidų požiūriu Frankas DiSalvo , fizinių mokslų profesorius Kornelio universitete Itakoje, NY. Šis darbas pagerina medžiagų, kurias galime ištirti, rinkinį, kad sužinotume, ar galime padidinti kuro elementų efektyvumą, sako jis.
Zhuang sako, kad jis ir jo grupė stengiasi pagerinti ląstelės galią toliau derindami katalizatorių ir membraną. Jie taip pat turės parodyti ilgalaikį ląstelės stabilumą. Manome, kad greitesnio aktyvumo ir mažesnės sąnaudos katalizatoriai bus realizuoti, sako jis.