Профессор Стэнфордского университета Хонгджи Дэй разработал электролитическое устройство без эмиссии, которое разделяет воду на водород и кислород при комнатной температуре.В 2015 американским потребителям наконец удастся покупать автомобили на топливном элементе у Тойоты и других производителей. Хотя рекламируется как транспортные средства нулевой эмиссии, большинство автомобилей будет работать на водороде, сделанном из природного газа, ископаемого топлива, которое способствует глобальному потеплению.Теперь ученые из Стэнфордского университета разработали недорогое, устройство без эмиссии, которое использует обычную батарею AAA, чтобы произвести водород водным электролизом.
Батарея посылает электрический ток через два электрода, которые разделяют жидкую воду на газ водорода и кислорода. В отличие от других водных разделителей, которые используют катализаторы драгоценного металла, электроды в Стэнфордском устройстве сделаны из недорогого и богатого никеля и железа.«Используя никель и железо, которые являются дешевыми материалами, мы смогли сделать электрокатализаторы достаточно активными, чтобы разделить воду при комнатной температуре с единственной 1,5-вольтовой батареей», сказал Хонгджи Дэй, преподаватель химии в Стэнфорде. «Это – первый раз, когда любой использовал катализаторы недрагоценного металла, чтобы разделить воду при напряжении тот низко.
Это довольно замечательно, потому что обычно Вам нужны дорогие металлы, как платина или иридий, чтобы достигнуть того напряжения».В дополнение к производству водорода новый водный разделитель мог использоваться, чтобы сделать гидроокись хлоргаза и натрия, важный промышленный химикат, по словам Дэя. Он и его коллеги описывают новое устройство в исследовании, опубликованном в выпуске 22 августа журнала Nature Communications.
Обещание водородаАвтомобилестроители долго считали водородный топливный элемент многообещающей альтернативой бензиновому двигателю. Технология топливного элемента – по существу вода, разделяющаяся наоборот.
Топливный элемент объединяет сохраненный водородный газ с кислородом от воздуха, чтобы выработать электроэнергию, которая приводит автомобиль в действие. Единственный побочный продукт – вода – в отличие от сгорания бензина, которое выделяет углекислый газ, парниковый газ.
Стэнфордские ученые разработали недорогое устройство, которое использует обычную батарею AAA, чтобы разделить воду на кислород и водородный газ. Газовые пузыри произведены электродами, сделанными из недорогого никеля и железа.
Ранее в этом году Hyundai начал арендовать автомобили на топливных элементах в южной Калифорнии. Тойота и Honda начнут продавать автомобили на топливном элементе в 2015. Большинство этих транспортных средств будет работать на топливе, произведенном в крупных промышленных предприятиях, которые производят водород, объединяя очень горячий пар и природный газ, энергоемкий процесс, который выпускает углекислый газ как побочный продукт.Разделение воды, чтобы сделать водород не требует никакого ископаемого топлива и не выделяет парниковых газов.
Но ученые должны все же развивать доступный, активный водный разделитель с катализаторами, способными к работе в промышленных весах.«Это было постоянное преследование в течение многих десятилетий, чтобы сделать недорогие электрокатализаторы с высокой деятельностью и долгой длительностью», сказал Дэй. «Когда мы узнали, что основанный на никеле катализатор столь же эффективный как платина, он стал полной неожиданностью».Сохранение энергии и денег
Открытие было сделано Стэнфордским аспирантом Мин Гуном, автором co-лидерства исследования. «Мин обнаружил nickel-metal/nickel-oxide структуру, которая оказывается более активной, чем чистый никель одна только металлическая или чистая окись никеля», сказал Дэй. «Эта новая структура одобряет водородный электрокатализ, но мы все еще не полностью понимаем науку позади него».nickel/nickel-oxide катализатор значительно понижает напряжение, требуемое разделять воду, которая могла в конечном счете сэкономить водородным производителям миллиарды долларов в затратах электричества, по словам Гуна.
Его следующая цель состоит в том, чтобы улучшить длительность устройства.«Электроды довольно стабильны, но они действительно медленно распадаются со временем», сказал он. «Текущее устройство, вероятно, работало бы в течение многих дней, но недели или месяцы будут предпочтительны. Та цель достижима на основе моих новых результатов»
Исследователи также планируют развивать водный разделитель, чем работает на электроэнергии, выработанной солнечной энергией.«Водород – идеальное топливо для включения транспортных средств, зданий и хранения возобновляемой энергии на сетке», сказал Дэй. «Мы очень рады, что смогли сделать катализатор, это – очень активная и низкая стоимость. Это показывает, что через наноразмерную разработку материалов мы можем действительно иметь значение в том, как мы делаем топливо и расходуем энергию».Другие авторы исследования – У Чжоу, Окриджская национальная лаборатория (автор co-лидерства); Минюнь Гуань, Мэн-Чан Лин, Филиал Чжан, Ди-Янь Ван и Цзян Ян, Стэнфорд; понедельник-Che Tsai и Резкий-звук-Joe Ван, Национальный университет Тайваня Науки и техники; Цзян Чжоу и Юнфэн Ху, Canadian Light Source Inc.; и Стивен Дж.
Пенникук, Университет Теннесси.Видео, описывающее эксперимент, доступно в: https://www.youtube.com/watch? v=Nh_0cRYebYU