Новые наноструктуры увеличат эффективность топливных элементов | 16:02 |
 Ученые создали наноструктурированные полимерные мембраны для топливных элементов, протонная проводимость которых многократно превышает проводимость обычных полимеров, сообщается в статье исследователей, опубликованной в Nature Chemistry. Это открытие может найти свое применение в создании коммерчески выгодных источников экологически чистой энергии. "Мы обнаружили, что сочетая два различных типа полимеров, обладающих и не обладающих протонной проводимостью в самоорганизующейся наноструктуре полимера, мы можем на три порядка увеличить проводимость такого материала, по сравнению с обычным объемным материалом без наноструктуры", - сказал Санкаран Таюманаван (Sankaran Thayumanavan), один из основных авторов исследования, профессор Массачусетского университета в Амхерсте, США. Несмотря на то, что технологии топливных элементов развиваются уже довольно давно, их повсеместное использование сдерживается высокой стоимостью при невысокой мощности и довольно быстрой деградации материалов. Кроме того, для своей работы подобные источники энергии требуют повышенных температур и высокой влажности, что неудобно для использования в быту. Высокие температуры и влажность необходимы для повышения проводимости так называемых протонных мембран - одного из ключевых компонентов топливных элементов. Сам топливный элемент представляет собой два электрода, на одном из которых, в результате каталитического химического превращения, молекула водорода H2 разделяется (диссоциирует) с образованием двух химических частиц протонов Н+ и электронов. Электроны направляются во внешнюю электрическую цепь для питания какого-либо электроприбора, тогда как протоны по протонной мембране, не проводящей электричества, переносятся ко второму электроду. Здесь протоны и электроны воссоединяются вновь и реагируют с молекулами кислорода, образуя экологически чистый продукт - воду. Таюманавану удалось создать полимерные материалы, придание которым трехмерной наноструктуры позволяет увеличить протонную проводимость исходных компонентов на три порядка: в 1000 раз. Идею подобных материалов ученым подсказала природа. Биологические белковые системы, осуществляющие перенос протонов в организме животных, растений и людей, имеют белковые каналы обладающие огромной скоростью переноса протонов и представляющих собой сегрегации проводящих белков в матрице из биологических тканей, не обладающих протонной проводимостью. "Мы предположили, что, как и подобные белки, определенные комбинации и формы различных полимеров, образующих в готовом материале проводящие и непроводящие области, могут обладать протонной проводимостью более высокой, чем однородные материалы", - говорит Таюманаван. Свою гипотезу ученые подтвердили в экспериментальной работе, создав серию разных по свойствам органических молекул, формирующих в результате химического взаимодействия так называемый "блоксополимер" - полимерный материал, состоящий из чередующихся цепочек молекул различных типов. "Ннанометровые масштабы упаковки полимерных доменов, не взаимодействующих друг с другом, позволяет добиться увеличения проводимости конечного материала в 1000 раз", - подытожил ученый. Авторы исследования намерены применить свой принцип к серии других
типов протон-проводящих материалов с целью добиться максимальной
протонной проводимости при комнатной температуре и не зависящей от
влажности воздуха. | |
| Просмотров: 25306 | Добавил: defaultNick | Рейтинг: 0.0/0 | | |
| Всего комментариев: 8 | |||||||||
| |||||||||
