211service.com
Ogniwo paliwowe bez platyny
Ogniwa paliwowe są w zasadzie najbardziej wydajnym sposobem przekształcania paliwa wodorowego w energię elektryczną. Wymagają jednak drogich katalizatorów, takich jak platyna, do rozszczepienia wodoru na jony i prąd elektryczny. Tańsze metale po prostu nie wytrzymują surowego kwaśnego środowiska ogniwa paliwowego. Teraz naukowcy z Chin opracowali ogniwo paliwowe, które wykorzystuje nowy materiał membranowy do pracy w warunkach alkalicznych, eliminując potrzebę stosowania drogiego katalizatora. Moc wyjściowa nowego prototypu, który wykorzystuje nikiel jako katalizator, jest nadal stosunkowo niska, ale stanowi pierwszą demonstrację potencjalnie znacznie tańszego ogniwa paliwowego.
Polimer mocy: Nowy polimer, pokazany na tym zdjęciu w postaci sproszkowanej, może zostać wykorzystany do stworzenia stabilnych membran ogniw paliwowych, które przewodzą jony naładowane ujemnie.
Konwencjonalne ogniwa paliwowe składają się z dwóch elektrod pokrytych katalizatorem platynowym, który rozdziela paliwo wodorowe na kwaśne jony wodorowe i elektrony. Elektrody są oddzielone polimerową membraną, która przewodzi kwasowe jony wodorowe z jednej strony na drugą, tworząc zewnętrzny prąd elektryczny. Nowe ogniwo paliwowe, opracowane przez naukowców pod kierunkiem Lin Zhuang , profesor chemii na Uniwersytecie Wuhan w Wuhan w Chinach, używa nowej membrany, która przewodzi jony alkaliczne zwane grupami hydroksylowymi. Alkaliczne ogniwa paliwowe działają na zasadzie reakcji wodoru i tlenu z wytworzeniem jonów hydroksylowych i wody, w reakcji katalizowanej w ogniwie paliwowym Uniwersytetu Wuhan przez anodę niklową. Jony hydroksylowe przechodzą przez membranę polimerową, generując zewnętrzny prąd elektryczny.
Większość badaczy skupiła się na kwasowych ogniwach paliwowych, ponieważ opracowano już membrany, które dobrze działają w takich warunkach. Mówi się, że stabilna membrana przewodząca hydroksyle była świętym Graalem elektrochemii Robert Savinell , profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Case Western Reserve w Cleveland. Taka membrana pozwoliłaby naukowcom budować ogniwa paliwowe i baterie, które nie wymagają katalizatorów z metali szlachetnych, ale mogą używać tańszych, takich jak nikiel.
Polimer Zhuang jest porównywalny pod względem struktury do wysoce przewodzącego polimeru Nafion, który jest używany w konwencjonalnych kwasowych ogniwach paliwowych. Może okazać się tańszy niż Nafion, który musi być wzmocniony grupami fluorowymi, aby chronić go przed kwaśnymi warunkami. Inni badacze pracują nad poprawą mocy wyjściowej i obniżeniem kosztów kwasowych ogniw paliwowych, opracowując alternatywy dla Nafion , ale ogniwa te nadal wymagają drogich katalizatorów.
Grupa Zhuang zademonstrowała nową membranę w alkalicznym ogniwie paliwowym, która jako katalizator wykorzystuje srebrną katodę i niklową anodę rozdzielającą wodór. Katalizatory niklowe stosowane w opracowanych wcześniej alkalicznych ogniwach paliwowych nie były zbyt wydajne, ponieważ szybko się utleniały, więc alkaliczne ogniwa paliwowe wykorzystują te same katalizatory platynowe, co ich kwasowe odpowiedniki. Naukowcy z Wuhan stworzyli anodę pokrytą nanocząsteczkami niklu ozdobionymi chromem, który jest bardziej odporny na utlenianie niż poprzednie katalizatory niklowe.
Moc wyjściowa nowego ogniwa paliwowego – około 50 miliwatów na centymetr kwadratowy przy 60 °C – jest skromna. Ale jako pierwsza demonstracja alkalicznego ogniwa paliwowego, które nie wymaga drogich katalizatorów metalowych, jest to ważny dowód zasady, twierdzą naukowcy. Ogniwa paliwowe mają przed sobą długą drogę pod względem wydajności, długoterminowej stabilności i kosztów, mówi Frank DiSalvo , profesor nauk fizycznych na Cornell University w Ithaca, NY. Ta praca wzbogaca zestaw narzędzi badawczych materiałów, które możemy zbadać, aby sprawdzić, czy możemy zapewnić wydajność ogniw paliwowych, mówi.
Zhuang mówi, że on i jego grupa pracują nad poprawą mocy wyjściowej ogniwa poprzez dalsze dostrojenie katalizatora i membrany. Będą również musieli wykazać długoterminową stabilność komórki. Wierzymy, że wkrótce zostaną zrealizowane katalizatory o większej aktywności i niższych kosztach – mówi.