211service.com
Efektivní etanolové palivové články
Přenosné palivové články poháněné přímo etanolem by mohly být brzy praktické, a to díky novému katalyzátoru, který přeruší silnou vazbu v srdci molekul etanolu, uvolní elektrony a generuje elektřinu. Takové palivové články by mohly nahradit baterie v laptopech a mobilních telefonech a nakonec by mohly být použity k pohonu elektrických vozidel.
Nano výkon: Nanočástice oxidu cínu (výše) tvoří základ nového katalyzátoru pro etanolové palivové články.
Etanolové palivové články by mohly být mnohem účinnější než běžné motory na etanol. Mohly by být také praktičtější než vodíkové palivové články, protože etanol se snadněji skladuje a přepravuje než vodík. Vědci však nebyli schopni vytvořit dobrý katalyzátor pro oxidaci etanolu, aby takové palivové články byly možné.
Předchozí katalyzátory přeměňovaly ethanol na kyselinu octovou a acetaldehyd, což je proces, který uvolňuje pouze několik elektronů na molekulu ethanolu, a proto generuje nízké proudy. Další štěpení molekul ethanolu za vzniku oxidu uhličitého by uvolnilo mnohem více elektronů (celkem 12 na molekulu ethanolu) a generovalo vyšší proudy, ale to vyžaduje přerušení silné vazby mezi dvěma atomy uhlíku. Aby vědci přerušili tuto vazbu, museli použít vysoké napětí, čímž se proces stal neefektivním: téměř všechno napětí vytvořené oxidací etanolu bylo použito k udržení reakce, čímž se čistý výstupní výkon snížil na pramínek, říká Manos Mavrikakis, profesor chemických a biologického inženýrství na University of Wisconsin-Madison.
Nový katalyzátor, vyvinutý výzkumníky z Brookhaven National Laboratory, přerušuje uhlíkové vazby bez vysokého napětí a účinně uvolňuje dostatek elektronů k produkci elektrických proudů 100krát vyšších než ty, které se vyrábějí s jinými katalyzátory. Dalším krokem je začlenění katalyzátoru do palivového článku, aby bylo možné jeho výkon porovnat s výkonem jiných katalyzátorů v palivových článcích, říká Brian Pivovar, vědec z National Renewable Energy Laboratory v Golden, CO, který nebyl zapojený do výzkumu.
V počátečních testech mimo palivový článek katalyzátor účinně produkoval proudy 7,5 miliampérů na centimetr čtvereční. Radoslav Adžič , vedoucí chemik v Brookhaven National Laboratory, který vedl práci, říká, že si je téměř jistý, že katalyzátor, jakmile je zabudován do palivového článku, bude produkovat elektrické proudy v rozsahu stovek miliampérů na centimetr čtvereční. Pivovar říká, že odhad se zdá rozumný. Tato úroveň proudu, vynásobená předpokládaným napětím produkovaným článkem, by dala etanolové palivové články do stejného rozsahu jako palivové články poháněné metanolem, což by produkovalo dostatek energie pro přenosnou elektroniku. Ethanol je výhodnější než metanol v několika ohledech: ukládá více energie, je méně toxický a lze jej snáze vyrobit z obnovitelných zdrojů. Pro pohon vozidel a konkurování výkonu vodíkových palivových článků by bylo potřeba zlepšit katalyzátor a palivový článek. Proudy by musely být výrazně vyšší než 1 000 miliampérů na centimetr čtvereční, říká Andy Herring , profesor chemického inženýrství na Colorado School of Mines, v Golden, CO.
K výrobě katalyzátoru nanesl Adzic drobné shluky platiny a rhodia na nanočástice oxidu cínu. V dřívějších studiích bylo prokázáno, že rhodium přerušuje vazby mezi atomy uhlíku, ale pouze pokud se odpařuje při vysokých teplotách v ultra vysokém vakuu. Kombinace rhodia s oxidem cínu umožnila rozbít tyto vazby jako pevná látka a při relativně nízkých teplotách potřebných pro přenosné palivové články. Platina hraje klíčovou roli při výrobě protonů a elektronů z atomů vodíku v etanolu.
Před komercializací katalyzátoru v etanolových palivových článcích přetrvávají značné problémy. Kromě toho, že budou muset čelit výzvám spojeným s jeho začleněním do palivových článků a jejich konstrukcí pro efektivní výrobu elektřiny při vysokých proudech, budou muset výzkumníci najít způsoby, jak snížit náklady. Rhodium je nejdražší drahý kov – je dokonce dražší než platina – takže bude nutné jej buď nahradit jiným prvkem, nebo je třeba vyvinout techniky, jak množství potřebného rhodia snížit.
Přesto je nový katalyzátor významným zlepšením oproti předchozím pokusům. Přerušení vazby uhlík-uhlík při nízkých teplotách je extrémně těžký problém, říká Herring. Skutečnost, že [Adzic] přerušuje toto pouto, je docela vzrušující. Ale dodává, že je to jen jeden krok na cestě k tomuto snu o přímém etanolovém palivovém článku.