Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Провода и кабели | Электрические схемы
Автоматизация | Тренды, актуальные вопросы | Передовые энергетические технологии | Обучение электриков | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / Передовые энергетические технологии / Наука, инжиниринг, технологии / Куркума и золотые электроды для более эффективных топливных элементов


 Школа для электрика в Telegram

Куркума и золотые электроды для более эффективных топливных элементов


Топливные элементы считаются одной из наиболее перспективных технологий замены ископаемого топлива в качестве источника энергии во многих отраслях промышленности. Они используют химическую энергию водорода или других видов топлива для чистого и эффективного производства электроэнергии.

Топливные элементы могут работать с широким спектром топлива и сырья и производить энергию для больших систем, таких как коммунальные электростанции.

Они состоят из отрицательного электрода и положительного электрода, расположенных по обе стороны электролита. К отрицательному электроду подается топливо, а к положительному - воздух. Одной из наиболее распространенных форм топливных элементов являются водородные топливные элементы.

Там катализатор на отрицательном электроде разделяет молекулы водорода на протоны и электроны, которые затем идут разными путями к катоду. Электроны проходят через внешнюю цепь, создавая поток электричества.

Однако, хотя водород является очень распространенным химическим элементом во Вселенной, он должен быть получен из веществ, часто природного газа и ископаемого топлива, а также из воды («зеленый водород»), поскольку в природе он встречается только в форме соединения с другими элементами в жидкостях, газах или твердых телах.

Необходимое извлечение делает производство водородных топливных элементов дорогим, а в случае ископаемого топлива оказывает негативное влияние на окружающую среду. Кроме того, водород, используемый в топливных элементах, представляет собой сжатый газ, что создает ряд проблем при хранении и транспортировке.

Были попытки сконструировать топливные элементы и из других материалов, таких как этанол, что может облегчить некоторые проблемы, возникающие в водородных топливных элементах.

Теперь (2022 г.) ученые из Института наноматериалов Клемсона (CNI) и их коллеги-исследователи из Института высшего образования Шри Сатья Саи (SSSIHL) в Индии нашли способ комбинирования куркумина, содержащегося в куркуме, и наночастиц золота для создания электрода, который требуется гораздо меньше энергии для эффективного преобразования этанола в электричество.

Новые топливные элементы

Новые топливные элементы

Исследователи сосредоточили свои исследования на аноде топливного элемента, где окисляется этанол или другой источник сырья.

В качестве катализатора использовалось золото. Вместо проводящих полимеров, металлоорганических каркасов или других сложных материалов, которые обычно используются для нанесения золота на поверхность электрода, исследователи выбрали куркумин из-за его структурной уникальности.

Куркумин использовался для украшения наночастиц золота и их стабилизации путем формирования пористой сети вокруг наночастиц. Ученые смогли нанести наночастицы золота куркумина на поверхность электрода при в 100 раз более низком электрическом токе, чем в предыдущих исследованиях.

Они также обнаружили, что без покрытия из куркумина производительность была плохой, потому что наночастицы золота агломерировались из-за уменьшения площади поверхности, подвергшейся химической реакции. Покрытие было необходимо для стабилизации каркаса и создания пористой среды вокруг наночастиц.

Замена дорогой платины в качестве основного компонента электродов топливных элементов уже давно является главным интересом научных исследований.

В 2017 году ученые разработали композиты, состоящие из цинка и кобальта, которые они оба получили из единого цеолит-имидазолатного каркаса, содержащие эквивалентные количества центров металлов цинка и кобальта.

Композиты получали пиролизом прекурсора при 700°С в атмосфере инертного газа как такового и после его смешивания с солью железа и 1,10-фенонтралином в этаноле.

Каталитические испытания реакции восстановления кислорода в электрохимическом элементе показали хорошие результаты для потенциального применения в катализаторах, не содержащих платину, для низкотемпературных топливных элементов.

Разработка топливных элементов на этаноле с использованием золота и куркумы имеет много преимуществ: электроды из этих материалов очень эффективны. Их производство не дорого, поскольку они не состоят из синтетических полимерных подложек и других сложных материалов. Они также являются экологически чистыми.

Кроме того, нанокомпозит золотого куркумина показал превосходную стабильность (около 200 циклов), легкую способность к переносу электронов, высокую каталитическую активность и низкую энергию активации по отношению к электроокислению этанола и метанола в щелочной среде. Его кинетику окисления можно сравнить с кинетикой золотополимерных композитов.

Следующим шагом в исследовании будет масштабирование процесса и сотрудничество с промышленным партнером, который может производить топливные элементы и собирать блоки топливных элементов для реального применения.

Более того, исследование может иметь значение не только для энергетики, но и для других отраслей науки: уникальные свойства электрода могут быть использованы для будущих применений в датчиках, суперконденсаторах и т.п.

Если все пойдет по плану, скоро будет доступен новый тип топливных элементов, который будет способствовать переходу на новые источники энергии.

Смотрите также по этой теме: Тенденции и перспективы водородных топливных элементов для экологически чистого транспорта 

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика