Катализатор для более дешевых топливных элементов | 14:28 |
Кевин Баллис Рецепт катализатора: Газовая сажа, железный ацетат и красный или белый материал наполнителя используются, чтобы сделать катализатор. Новый катализатор на основе железа, так же как и катализаторы на основе платины, ускоряет химические реакции в топливных элементах на водороде. Это открытие позволяет сделать топливные элементы для электрических автомобилей более дешевыми и более практическими. Исследователи топливного элемента искали более дешевые, более производительные альтернативы платине, которая стоит между 1 000 $ и 2 000 $ за унцию и добывается почти исключительно только в двух странах: Южная Африка и Россия. Один многообещающий катализатор, который использует намного менее дорогие материалы - железо, азот, и углерод,ускорял химические реакции, но не удовлетворял всем требованиям, которые предъявлялись на практике. Теперь исследователи в Национальном de Institut la Исследование Scientifique (INRS) в Квебеке резко увеличили производительность этого типа катализатора на основе железа. Сейчас их материал производит 99 А на кубический сантиметр мощностью 0.8 вт, являющееся ключевым параметром каталитической деятельности. Это в 35 раз лучше чем лучший недрагоценный металлический катализатор в настоящее время, и близко к поставленной цели Министерством энергетики для катализаторов топливного элемента: 130 А на кубический сантиметр. Это также соответствует производительности типовых платиновых катализаторов, говорит Жана-политика Доделета, профессор энергии, материалов, и телекоммуникаций в INRS, ведущий эту работу. О последней задаче сообщает журнал Nature,что усовершенствование является "весьма удивительным," говорит Радослав Адзик, старший химик в Национальной Лаборатории Брукхавен в Аптоне, Нью-Йорке, который также проектирует катализаторы для топливных элементов. Новый материал встречается, точка отсчета для водородных топливных элементов устанавливала пять лет назад, что "мы думали, что никто не будет когда-либо встречаться," добавляет Хьюберт Гастеиджер, профессор посещения машиностроения в MIT. "С самого начала мы проектировали катализатор из недрагоценного металла." Самое главное, что исследователи INRS нашли способ увеличить число активных участков катализа в материале, что значительно увеличило скорость реакций. В предыдущей работе, исследователи показали, что при нагревание газовой сажи (порошкообразная форма углерода,аналог графита) до высокой температуры в присутствии аммиака и железного ацетата создало промежутки в углероде, которые имеют ширину только в несколько атомов. Атомы азота связываются с противоположными сторонами этих крошечных промежутков, и железный ион соединяет эти атомы, формируя активный участок для катализа. Чтобы увеличить число этих участков, исследователи использовали распространенную форму углерода, которая уже имеет большое количество подобно узких пор. Заполнение этих пор "азотом и железом, содержащим" и затем нагревание смеси привело к сильно значительному улучшению скорости реакции. Катализатор разработан, чтобы работать в протонной обменной мембране (PEM) топливные элементы, типе топливного элемента, одобренного автомобилестроителями, потому что это работает при относительно низких температурах и имеет высокую плотность энергии, то есть, относительно маленький топливный элемент может произвести достаточно электричества, чтобы привести в движение автомобиль. Топливные элементы PEM используют катализаторы в двух электродах. Один катализатор расщепляет водород, а другой инициирует реакцию, которая комбинирует протоны и кислород, чтобы произвести воду. Вторая реакция более трудно выполнима: в обычных топливных элементах, платина используется в обоих электродах, но 10 раз так необходим на производящей воду стороне. Новый катализатор заменяет платину на производящей воду стороне, устраняя почти всю платину в топливном элементе. Недавно, другие катализаторы недрагоценного металла демонстрировались в другом типе топливного элемента, названного щелочным элементом, но они, возможно, не работают в кислой окружающей среде в топливных элементах PEM. В то же самое время, много исследователей находят способы уменьшить количество необходимой платины, вместо того, чтобы заменить материал в целом. Это могло сделать топливные элементы более возможными в ближайшей перспективе, хотя в конечном счете, если топливные элементы должны использоваться широко, катализатор недрагоценного металла будет необходим, Адзик говорит. Доделет полагает, что, в то время как его группа "решила проблему" - увеличения производительности катализатора, два более существенных препятствия остаются прежде, чем это может быть практичным в топливных элементах. Сначала, длительность катализатора должна быть улучшена. После 100 часов испытания, нормы реакции уменьшились наполовину. Во вторых, потому что катализатор может только работать с такой скоростью, как реагенты обеспечиваются, транспорт кислорода и протонов в материал должен быть улучшен, кое-что, что Доделет планирует уехать инженерам топливного элемента. Адзик говорит, что первый шаг к адресации к длительности материалов будет близко изучать катализатор, чтобы лучше понять, как это работает. | |
| Просмотров: 2775 | Добавил: defaultNick | Рейтинг: 0.0/0 | | |
| Всего комментариев: 0 | |