211service.com
Katalizators lētākām kurināmā elementiem
Jauns katalizators, kura pamatā ir dzelzs, kā arī platīna bāzes katalizatori darbojas, lai paātrinātu ķīmiskās reakcijas ūdeņraža kurināmā elementos. Šis atklājums varētu palīdzēt padarīt elektrisko automašīnu degvielas elementus lētākus un praktiskākus.
Katalizatora recepte: Galīgā katalizatora izgatavošanai izmanto oglekli, dzelzs acetātu un sarkanu vai baltu pildvielu.
Kurināmā elementu pētnieki ir meklējuši lētākas, bagātīgākas alternatīvas platīnam, kas maksā no 1000 līdz 2000 USD par unci un tiek iegūts gandrīz tikai divās valstīs: Dienvidāfrikā un Krievijā. Viens daudzsološs katalizators, kas izmanto daudz lētākus materiālus - dzelzi, slāpekli un oglekli, jau sen ir zināms, lai veicinātu nepieciešamās reakcijas, taču ar ātrumu, kas ir pārāk lēns, lai tas būtu praktiski.
Tagad Kvebekas Nacionālās zinātnes institūta (INRS) pētnieki ir ievērojami palielinājuši šāda veida dzelzs katalizatora veiktspēju. To materiāls rada 99 ampērus uz kubikcentimetru pie 0,8 voltiem, kas ir galvenais katalītiskās aktivitātes mērījums. Tas ir 35 reizes labāk nekā līdz šim labākais nedārgmetālu katalizators un tuvu Enerģētikas departamenta mērķim attiecībā uz kurināmā elementu katalizatoriem: 130 ampēri uz kubikcentimetru. Tas atbilst arī tipisku platīna katalizatoru veiktspējai, saka Žans Pols Dodelets , INRS enerģētikas, materiālu un telekomunikāciju profesors, kurš vadīja darbu.
Uzlabojums, par kuru ziņots jaunākajā žurnāla numurā Zinātne , ir diezgan pārsteidzoši, saka Radoslavs Adžičs , vecākais ķīmiķis Brūkhavenas Nacionālajā laboratorijā Uptonā, NY, kurš arī izstrādā katalizatorus kurināmā elementiem. Jaunais materiāls atbilst pirms pieciem gadiem noteiktajam ūdeņraža kurināmā elementu kritērijam, ko mēs domājām, ka neviens nekad nesasniegs, piebilst Huberts Gašteigers , MIT mašīnbūves viesprofesors. Pirmo reizi ir jēga nedārgmetālu katalizatoram.
INRS pētnieku galvenais ieskats bija atrast veidu, kā palielināt aktīvo katalītisko vietu skaitu materiālā – palielinoties ķīmiskajām reakcijām, kopējais reakciju ātrums materiālā palielinās. Iepriekšējā darbā pētnieki bija parādījuši, ka karsējot oglekli (oglekļa pulverveida formu, kas līdzīgs grafītam) līdz augstām temperatūrām amonjaka un dzelzs acetāta klātbūtnē, oglejā izveidojās spraugas, kas ir tikai dažus atomus platas. Slāpekļa atomi saistās ar šo mazo spraugu pretējām pusēm, un dzelzs jons savieno šos atomus, veidojot aktīvu katalīzes vietu.
Lai palielinātu šo vietu skaitu, pētnieki izmantoja komerciāli pieejamu oglekļa formu, kurai jau ir liels skaits līdzīgi šauru poru. Šo poru piepildīšana ar slāpekli un dzelzi saturošu materiālu un pēc tam maisījuma karsēšana izraisīja daudz uzlabotu reakcijas ātrumu.
Katalizators ir paredzēts darbam protonu apmaiņas membrānas (PEM) kurināmā elementos, kas ir degvielas šūnu veids, ko iecienījuši autoražotāji, jo tas darbojas salīdzinoši zemā temperatūrā un tam ir augsts jaudas blīvums, tas ir, salīdzinoši maza kurināmā elementa var saražot pietiekami daudz elektroenerģijas, lai. virzīt mašīnu. PEM kurināmā elementi izmanto katalizatorus pie diviem elektrodiem. Viens katalizators sadala ūdeņradi, bet otrs veicina reakciju, kas apvieno protonus un skābekli, lai iegūtu ūdeni. Otro reakciju ir grūtāk veikt: parastajās degvielas šūnās platīns tiek izmantots abos elektrodos, bet 10 reizes vairāk nepieciešams ūdens ražošanas pusē. Jaunais katalizators aizstāj platīnu ūdens ražošanas pusē, likvidējot gandrīz visu platīnu no degvielas elementa.
Nesen citi nedārgmetālu katalizatori tika demonstrēti cita veida kurināmā elementos, ko sauc par sārma elementiem, taču tie var nedarboties PEM kurināmā elementu skābā vidē. Tajā pašā laikā daudzi pētnieki atrod veidus, kā samazināt nepieciešamā platīna daudzumu, nevis pilnībā aizstāt materiālu. Tas varētu padarīt kurināmā elementus pieejamākus īstermiņā, lai gan galu galā, ja kurināmā elementi tiks plaši izmantoti, būs nepieciešams nedārgmetālu katalizators, saka Adžičs.
Dodelets uzskata, ka, lai gan viņa grupa ir atrisinājusi katalizatora aktivitātes palielināšanas problēmu, ir vēl divi nozīmīgi šķēršļi, pirms tas var būt praktiski kurināmā elementos. Pirmkārt, ir jāuzlabo katalizatora izturība. Pēc 100 stundu ilgas pārbaudes reakcijas ātrums samazinājās uz pusi. Otrkārt, tā kā katalizators var darboties tikai tik ātri, cik tiek nodrošināti reaģenti, ir jāuzlabo skābekļa un protonu transportēšana materiālā, ko Dodelet plāno atstāt kurināmā elementu inženieru ziņā. Adžičs saka, ka pirmais solis ceļā uz materiālu izturību būs rūpīga katalizatora izpēte, lai labāk izprastu, kā tas darbojas.