Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Прижмем никель!

Ключевые слова:  периодика, солнечные батареи, топливные ячейки

Автор(ы): Michael Hamburger, Thomas Moore

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

18 декабря 2009

Электрокатализ является центральным элементом для дальнейшего создания электролизеров и топливных ячеек с протон-обменной мембраной (ПОМ), которые могут работать как компактные модули для снабжения энергией домой и автомобилей. Один прибор может как сохранять энергию, генерируя водород при избытке токе, так и быть источником энергии, окисляя водородное топливо при его недостатке (см. рисунок). Лучше всего на сегодняшний день эти цели могут быть достигнуты с использованием дорогих катализаторов на основе благородных металлов, но именно катализаторы на основе доступных металлов станут толчком к созданию долгосрочных энергетических систем.

Ле Гофф с коллегами сделали шаг в этом направлении, создав водородный электрод, основанный на никеле - широко распространенном элементе, в котором катализатор фиксируется на углеродных нанотрубках в качестве носителя. Катализатор эффективно реализует обратимое превращение H+ - H2 в водной среде, делая шаг вперед к созданию дешевых водородных электродов. Хотя совершенно ясна необходимость создания возобновляемых источников энергии, неравномерное распределение ее основных источников - солнца и ветра - и несовпадение их доступности и потребности заставляет искать новые источники хранения энергии. Например, на пике солнечного излучения в лучшем случае можно получить 1 лошадиную силу (750 Вт) с одного квадратного метра выдерживаемой на солнце поверхности (а в действительности в настоящий момент и гораздо меньше). Недорогие устройства для концентрации и хранения возобновляемой энергии, высвобождающие энергию при необходимости, были бы идеальны, например, для деревень.
Фотосинтетические организмы решают проблему концентрации солнечной энергии, собирая богатые энергией молекулы (топливо) днем и "сжигая" их в топливной ячейке (митохондрии), когда необходимо - днем или ночью. Также можно поступать и в инженерных системах. Многообещающие кандидаты для хранения электрической энергии - батареи или комбинация топлива и топливной ячейки. Но большую емкость легче представить в солнечных батареях, в которых сохранение топлива отделено от электрохимического процесса преобразования энергии. Более того, большие плотности энергии в топливе (особенно в водородном) и простота их возобновления делают их особенно привлекательными.
Никелевые комплексы, созданные Ле Гоффом, близки к ранее открытым Дюбуа с коллегами. В этих соединениях мягкие фосфиновые лиганды стабилизируют низшие степени окисления никеля, что делает катализаторы более безопасными для окружающей среды. Введение небольшого количества основания в окружении никеля позволяет контролировать движение протонов в ходе каталитического цикла. Фиксация комплекса в работе Ле Гоффа позволяет катализатору работать в водной среде, что принципиально важно для возможности их использования в электролизерах и топливных ячейках с ПОМ.
Никелевые соединения напоминают активные фрагменты энзима гидрогеназы, которая катализирует обратимое превращение H+ - H2с огромными скоростями с использованием обычных металлов. Хорошим примером такого поведения функционального фрагмента гидрогеназы является как раз никельбисдифосфин. Однако этот катализатор стабилен в анаэробной среде, в отличие от большинства природных гидрогеназ.
Однако несмотря на все достижения, остаются, конечно, и проблемы. Комплексы Ле Гоффа работают в десять раз медленнее, чем созданные ранее, скорее всего, из-за объемных функциональных групп. Плотности тока на два порядка ниже, чем для платиновых коммерческих электродов. Но возможности для дальнейшей оптимизации позволяют рассчитывать на стабильный электрод на основе дешевых металлов.


В статье использованы материалы: Science


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
Ну, оно, конечно, идея красивая.

И никель вроде как более доступен чем платина.

Вот только лиганды вокруг него синтезировать, да привязать всё к нанотрубке...

Платина, пожалуй, подешевле будет
Л В А, 02 января 2010 00:22 
Опять водород... Ну как люди не поймут, это красивая идея, не более того. Я когда озвучил одному "пионеру" с очень хорошими деньгами стоимость вариантов энергообеспечения его "сельского дома" на 1,5Га, в качестве одной из экзотик, кстати самый дорогой оказался назвал водородную станцию от ветровых турбин (солнца под Питером немного) с очисткой и хранением в баллонах с последующим использованием в ячейках на 25кВт и небольшой батареей, для пиковых - честно говоря этот вариант для прикола поставил, он внимательно изучал месяца полтора а потом плюнул и поставил дизель, правда с возможностью установки ветряка (во всяком случае инвертор с входом из ниоткуда и батарейная яма были в последней реинкарнации запланированы).
Нет главного - удобного и безопасного решения хранения, по возможности не требующего обслуживания (в основном по причине низкой квалификации охранников) в течении длительного времени. Всё что получается действительно или имеет ограниченное применение по рельефу, ресурсам, или требует кардинального снижения теплопотерь и расхода электроэнергии комплекса.
На мой взгляд правильнее - найти хороший аккумулятор, т.к. тепловую проще напрямую запасать - дешевле и технологии позволяют не как ранее 7-10% от того что вошло эффективно использовать на обогрев и ГВС. Расчётные процентов 75 дают, ну реально при грамотной организации 65-70% это приемлемо - энергия дармовая, а трубки осмотра и промывки раз в год, перед летом требуют, как окна, ну может ещё после горящих торфянников.
Л В А, 02 января 2010 00:37 
Возможен и вариант с использованием фототермохимическим, но тут эффективнее не напрямую водород гнать - такое годится разве для арабов, да и то не всегда оптимально, а вкладывать энергию в некую жидкость или гель, причём так, чтобы зимой можно было бы использовать для получения высокой температуры - более 700С. Далее либо получение перегретого пара и на микротурбинку, либо на стирлинг. Первые дают на круг 27-35% КПД, последний - 24-30% и более долговечен. Важно, что эти источники электроэнергии можно сделать всеядными - нужен лишь газогенераторный аварийный котёл, коих выбор большой и питаются всем от дизтоплива до веток и соломы.
Честно говоря по причине именно высокой затрудняюсь что-либо посоветовать.
Одна проблемка, но плохо решаема: растворяется никель в кислых средах и губит ту самую протонобменную мембрану очень быстро.
Да это действительно проблема

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Спиральные нанотрубки
Спиральные нанотрубки

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.