211service.com
Kurināmā elementi, kas nesatur platīnu
Kurināmā elementi principā ir visefektīvākais veids, kā pārvērst ūdeņraža degvielu elektroenerģijā. Bet tiem ir nepieciešami dārgi katalizatori, piemēram, platīns, lai sadalītu ūdeņradi jonos un elektriskajā strāvā. Lētāki metāli vienkārši nevar izturēt kurināmā elementa skarbo skābo vidi. Tagad pētnieki Ķīnā ir izstrādājuši kurināmā elementu, kas izmanto jaunu membrānas materiālu, lai darbotos sārmainos apstākļos, tādējādi novēršot nepieciešamību pēc dārga katalizatora. Jaunā prototipa, kurā kā katalizators izmanto niķeli, jauda joprojām ir salīdzinoši zema, taču tā nodrošina pirmo potenciāli daudz lētākas degvielas šūnas demonstrāciju.
Jaudas polimērs: Jaunu polimēru, kas šajā fotoattēlā parādīts pulverveida veidā, var izmantot, lai izveidotu stabilas kurināmā elementu membrānas, kas vada negatīvi lādētus jonus.
Parastās degvielas šūnas sastāv no diviem elektrodiem, kas pārklāti ar platīna katalizatoru, kas sadala ūdeņraža degvielu skābos ūdeņraža jonos un elektronos. Elektrodus atdala polimēra membrāna, kas vada skābos ūdeņraža jonus no vienas puses uz otru, radot ārēju elektrisko strāvu. Jaunā degvielas šūna, ko izstrādājuši pētnieki, kuru vadīja Lins Džuans Ķīmijas profesors Uhaņas Universitātē Uhaņā, Ķīnā, izmanto jaunu membrānu, kas vada sārmainus jonus, ko sauc par hidroksilgrupām. Sārmainās kurināmā elementi darbojas, reaģējot ūdeņradim un skābekli, veidojot hidroksiljonus un ūdeni. Šo reakciju Uhaņas universitātes kurināmā elementā katalizē niķeļa anods. Hidroksiljoni tiek vadīti pa polimēra membrānu, radot ārēju elektrisko strāvu.
Lielākā daļa pētnieku ir koncentrējušies uz skābām degvielas šūnām, jo jau ir izstrādātas membrānas, kas labi darbojas šādos apstākļos. Stabila hidroksilvadoša membrāna ir bijusi elektroķīmijas svētais grāls, saka Roberts Savinels , ķīmiskās inženierijas profesors Case Western Reserve universitātē Klīvlendā. Šāda membrāna ļautu pētniekiem veidot kurināmā elementus un baterijas, kurām nav nepieciešami dārgmetālu katalizatori, bet var izmantot lētākus, piemēram, niķeli.
Zhuang polimērs pēc struktūras ir salīdzināms ar augsti vadītspējīgu polimēru Nafion, ko izmanto tradicionālajos skābajos kurināmā elementos. Tas var izrādīties lētāks nekā Nafion, kas ir jāstiprina ar fluora grupām, lai aizsargātu to no skābiem apstākļiem. Citi pētnieki strādā pie jaudas uzlabošanas un skābo kurināmā elementu izmaksu pazemināšanas, izstrādājot alternatīvas Nafion, taču šīm šūnām joprojām ir nepieciešami dārgi katalizatori.
Džuana grupa demonstrēja jauno membrānu sārmainā kurināmā elementā, kurā kā katalizators tiek izmantots sudraba katods un ūdeņradi sadalošais niķeļa anodis. Iepriekš izstrādātajās sārmainās kurināmā elementos izmantotie niķeļa katalizatori nebija īpaši efektīvi, jo tie ātri oksidējās, tāpēc sārmainās kurināmā elementi ir izmantojuši tos pašus platīna katalizatorus kā to skābie kolēģi. Uhaņas pētnieki izveidoja anodu, kas pārklāts ar niķeļa nanodaļiņām, kas dekorētas ar hromu, kas ir izturīgāks pret oksidēšanu nekā iepriekšējie niķeļa katalizatori.
Jaunās degvielas šūnas jauda – aptuveni 50 milivati uz kvadrātcentimetru pie 60 ºC – ir pieticīga. Bet kā pirmais sārmainā kurināmā elementa demonstrējums, kam nav nepieciešami dārgi metāla katalizatori, tas ir svarīgs principa pierādījums, saka pētnieki. Degvielas elementiem ir tāls ceļš ejams efektivitātes, ilgtermiņa stabilitātes un izmaksu ziņā, saka Frenks DiSalvo , fiziskās zinātnes profesors Kornela Universitātē Itakā, NY. Šis darbs uzlabo materiālu izpētes rīku komplektu, ko varam izpētīt, lai noskaidrotu, vai mēs varam nodrošināt degvielas elementu efektivitāti, viņš saka.
Džuangs saka, ka viņš un viņa grupa strādā, lai uzlabotu šūnas jaudu, turpinot regulēt katalizatoru un membrānu. Viņiem būs arī jāpierāda šūnas ilgtermiņa stabilitāte. Mēs uzskatām, ka drīzumā tiks realizēti katalizatori ar lielāku aktivitāti un zemākām izmaksām, viņš saka.