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

 

Год Змеи
Год Змеи

Начинается XV Олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!"
Совсем скоро начнется юбилейная XV Всероссийская Интернет-олимпиада по нанотехнологиям «Нанотехнологии – прорыв в будущее!». Предлагаем ознакомиться с актуальной информацией и расписанием Олимпиады.

В России стартовал самый масштабный научно-популярный фестиваль
РГ: В МГУ дан старт самому масштабному научно-популярному событию в мире - Всероссийскому фестивалю NAUKA 0+. В программе - свыше 10 000 мероприятий: лекции нобелевских лауреатов, вебинары и мастер-классы, виртуальные лабораторные, научные шоу, интерактивные выставки, телемосты с CERN, Международной космической станцией и российской антарктической станцией "Восток", дискуссии о будущем человечества, показы научных фильмов, соревнования роботов, научные бои Science Slam, квизы и квесты, а также первый Виртуальный гипермузей науки.

Нобелевскую премию по химии присудили за метод редактирования генома
РИА Новости: Нобелевскую премию по химии за 2020 год получили Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна, разработавшие технологию редактирования генома.

Нобелевская премия за графен, или 10 лет спустя
Алексей Арсенин
О том, как графен повлиял на развитие науки и промышленности и можно ли его назвать материалом будущего — заместитель директора Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, кандидат физико-математических наук Алексей Арсенин

Летние лектории для школьников
ФНМ
Сотрудники Факультета наук о материалах и химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова участвуют в лекториях двух летних школ, организованных Фондом Инфраструктурных и Образовательных Программ (группа РОСНАНО) - Нанограде и летней школе МФТИ.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.