211service.com
Efektīvas etanola kurināmā šūnas
Pārnēsājamas kurināmā elementi, ko darbina tieši ar etanolu, drīzumā varētu būt praktiski, pateicoties jaunam katalizatoram, kas pārtrauc spēcīgo saikni etanola molekulu centrā, atbrīvojot elektronus un radot elektrību. Šādas degvielas šūnas varētu aizstāt klēpjdatoru un mobilo tālruņu baterijas, un galu galā tās varētu izmantot elektrisko transportlīdzekļu darbināšanai.
Nano jauda: Alvas oksīda nanodaļiņas (iepriekš) veido pamatu jaunam etanola kurināmā elementu katalizatoram.
Etanola degvielas šūnas varētu būt daudz efektīvākas nekā parastie ar etanolu darbināmi dzinēji. Tie varētu būt arī praktiskāki par ūdeņraža kurināmā elementiem, jo etanolu ir vieglāk uzglabāt un transportēt nekā ūdeņradi. Taču pētniekiem nebija izdevies izveidot labu katalizatoru etanola oksidēšanai, lai šādas kurināmā šūnas būtu iespējamas.
Iepriekšējie katalizatori etanolu pārveidoja etiķskābē un acetaldehīdā, kas atbrīvo tikai dažus elektronus uz vienu etanola molekulu, tādējādi radot zemas strāvas. Etanola molekulu tālāka sadalīšana, lai iegūtu oglekļa dioksīdu, atbrīvotu daudz vairāk elektronu (kopā 12 uz vienu etanola molekulu) un radītu lielākas strāvas, taču tam ir jāsarauj spēcīga saikne starp diviem oglekļa atomiem. Lai pārtrauktu šo saikni, pētniekiem bija jāpielieto augsts spriegums, padarot procesu neefektīvu: gandrīz viss spriegums, kas radās, oksidējot etanolu, tika izmantots, lai uzturētu reakciju, samazinot tīro jaudu līdz straumēm, saka Manos Mavrikakis, ķīmijas un zinātnes profesors. bioloģiskā inženierija Viskonsinas-Medisonas Universitātē.
Jaunais katalizators, ko izstrādājuši Brūkhavenas Nacionālās laboratorijas pētnieki, pārtrauc oglekļa saites bez augsta sprieguma, efektīvi atbrīvojot pietiekami daudz elektronu, lai radītu elektrisko strāvu, kas ir 100 reizes lielāka nekā ar citiem katalizatoriem. Nākamais solis ir katalizatora iekļaušana kurināmā elementā, lai tā veiktspēju varētu salīdzināt ar citu kurināmā elementu katalizatoru veiktspēju, saka Braiens Pivovars, Nacionālās atjaunojamās enerģijas laboratorijas zinātnieks Golden, CO, kurš nebija. iesaistīti pētījumā.
Sākotnējās pārbaudēs ārpus kurināmā elementa katalizators efektīvi radīja strāvu 7,5 miliamperu uz kvadrātcentimetru. Radoslavs Adžičs , Brūkhavenas Nacionālās laboratorijas vecākais ķīmiķis, kurš vadīja darbu, saka, ka viņš ir gandrīz pārliecināts, ka katalizators, kas ir iebūvēts degvielas šūnā, radīs elektrisko strāvu simtiem miliampēru uz kvadrātcentimetru. Pivovars saka, ka aplēse šķiet pamatota. Šis strāvas līmenis, kas reizināts ar paredzamo elementa radīto spriegumu, ļautu etanola kurināmā elementiem atrasties tādā pašā diapazonā kā ar metanolu darbināmām kurināmā elementiem, radot pietiekami daudz jaudas portatīvajai elektronikai. Etanols ir labāks par metanolu vairākos veidos: tas uzglabā vairāk enerģijas, ir mazāk toksisks un ir vieglāk pagatavojams no atjaunojamiem avotiem. Lai darbinātu transportlīdzekļus un konkurētu ar ūdeņraža degvielas elementu veiktspēju, katalizators un degvielas šūna būtu jāuzlabo. Strāvām vajadzētu būt krietni virs 1000 miliamperiem uz kvadrātcentimetru, saka Endijs Siļķe , ķīmijas inženierijas profesors Kolorādo raktuvju skolā Golden, CO.
Lai izgatavotu katalizatoru, Adžičs uz alvas oksīda nanodaļiņām uzklāja sīkas platīna un rodija kopas. Iepriekšējos pētījumos tika pierādīts, ka rodijs pārtrauc saites starp oglekļa atomiem, bet tikai tad, ja tas tiek iztvaicēts augstā temperatūrā īpaši augstā vakuumā. Rodija kombinācija ar alvas oksīdu ļāva tam saraut šīs saites kā cietai vielai salīdzinoši zemā temperatūrā, kas nepieciešama pārnēsājamām kurināmā elementiem. Platīnam ir galvenā loma protonu un elektronu ražošanā no ūdeņraža atomiem etanolā.
Pirms katalizatora komercializācijas etanola kurināmā elementos joprojām ir nopietnas problēmas. Papildus izaicinājumiem, kas saistīti ar tā iekļaušanu kurināmā elementos un to konstruēšanu, lai efektīvi ražotu elektroenerģiju pie lielām strāvām, pētniekiem būs jāatrod veidi, kā samazināt izmaksas. Rodijs ir visdārgākais dārgmetāls — tas ir pat dārgāks par platīnu — tāpēc tas būs vai nu jāaizstāj ar citu elementu, vai arī jāizstrādā paņēmieni, lai samazinātu vajadzīgā rodija daudzumu.
Tomēr jaunais katalizators ir ievērojams uzlabojums salīdzinājumā ar iepriekšējiem mēģinājumiem. Oglekļa-oglekļa saites pārraušana zemā temperatūrā ir ārkārtīgi smaga problēma, saka Siļķe. Tas, ka [Adžičs] pārtrauc šo saikni, ir diezgan aizraujoši. Taču viņš piebilst, ka tas ir tikai viens solis ceļā uz šo sapni par tiešu etanola degvielas šūnu.