|
|
 Ученые из Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН и лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем физического факультета Новосибирского государственного университета выяснили, как существенно улучшить свойства протонно-обменной мембраны — главной части топливной электрохимической ячейки, которая в будущем, возможно, позволит уйти от энергетики, построенной на нефти и угле, и решить проблему сохранения энергии.
Эффективные топливные электрохимические ячейки с двумя основными компонентами — водородом и кислородом — призваны решить проблему сохранения и передачи энергии на расстоянии химическим путем, при этом они будут более экологичны в эксплуатации. Также они смогут сохранять энергию в таких устройствах, как мобильные телефоны или зарядные батарейки, материал которых со временем деградирует, а способность удерживать заряд истощается. Между тем, достаточно долговечный материал для того, чтобы решить эту задачу, еще не создан.
Прототип мембраны для топливной электрохимической ячейки с использованием металло-органических каркасов разработали сотрудники Манчестерского университета, а сибирские ученые методом ядерного магнитного резонанса исследовали базовый материал на основе лантанидов, показали, каков механизм протонной проводимости, а также определили, как его доработать. Благодаря этим исследованиям проводимость конечной мембраны усилилась в сто раз.
В основе принципа работы лежит соединение заранее заготовленных компонентов-газов, которые хранятся в баллонах внутри ячейки. Основная ее часть — протонно-обменная мембрана, которая пропускает только ионы водорода, образующиеся на аноде ячейки. В ходе работы ионы водорода проходят сквозь мембрану и взаимодействуют с кислородом, образуя воду. В процессе создается электродвижущая сила, которую можно использовать для работы различных устройств. Мембрана должна быть влагоустойчивой и непроницаемой для остальных веществ.
«Наша заслуга заключается в том, что мы экспериментальным методом смогли разобраться с механизмом протонной проводимости и показали, каким образом возникают частицы-переносчики на поверхности мембраны, а также предложили дополнительную обработку поверхности, чтобы увеличить концентрацию переносчиков, тем самым улучшив проводимость. Потенциально это новый шаг в энергетике, который будет использоваться в современных источниках электропитания с помощью экологически чистых материалов. Ячейка имеет неограниченный по времени способ хранения электроэнергии в виде раздельных веществ, не будет ломаться и не требует технического обслуживания, в отличие от обычно используемых переносных дизельных электрогенераторов», — цитирует сайт НГУ научного сотрудника ИК СО РАН, старшего научного сотрудника лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем физического факультета НГУ кандидата физико-математических наук Даниила Игоревича Колоколова.
«Наука в Сибири»
Фото greenkaz.org
25 Ноября 2018 |
|
