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

 

Хоровод
Хоровод

III Международная гибридная школа-конференция "Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем - 2021"
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает вас принять участие в III Международной гибридной школе-конференции "Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем -2021", BioSPM-2021

SCAMT Workshop Week - практикум по нанотехнологиям в области хим/био/IT. Санкт-Петебург, 30 января - 6 февраля
SCAMT открывает подачу заявок на 8-ую научную школу SCAMT Workshop Week, которая пройдет с 30 января по 6 февраля 2022 года. Для студентов, прошедших отбор, участие в SWW бесплатное, иногородним предоставляется проживание.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Ленточки в косую полосочку: где кончается текстурный дизайн и начинается деформационная инженерия. Борофен: От слоя к слою. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать: скачки Баркгаузена в сегнетоэлектрике. Украшение из скандия для притяжения водорода. Нобелевская премия 2021.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2021
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 8, 9, 10 и 11 июня 2021 г. Начало защит в 11.00. Защиты пройдут с использованием дистанционных образовательных технологий.

Академик Е.Н. Каблов: «Для освоения космоса нужны новые материалы»
Янина Хужина
В этом году весь мир отмечает 60-летие первого полета человека в космос. Успех миссии Юрия Гагарина стал возможен благодаря слаженной работе многих людей: физиков, математиков, конструкторов, инженеров-проектировщиков и, конечно, материаловедов. «Научная Россия» обсудила с академиком РАН Евгением Кабловым основные вехи в развитии космического и авиационного материаловедения.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2021 году
коллектив авторов
25 - 28 мая пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

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.



 
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.