Проектирование более эффективные топливные элементы Использование Нанопровода
ENERGY
Инженеры Univ. Рочестера создали платиновой нанопроволоки, что вскоре может привести к созданию коммерчески жизнеспособных клеток топлива. 10-нм диаметром. по 10 см длиной нанопроволоки являются достаточно долго, чтобы создать первую selfsupporting "паутины" чистой платины, которая может служить в качестве электродов в топливном элементе, а также увеличение продолжительности жизни как на топливных элементах и эффективности.
"Люди работают по разработке топливных элементов на протяжении десятилетий. Но эта технология до сих пор не происходит коммерциализация", говорит Джеймс CM Li, профессор машиностроения в Univ. Рочестера. "Platinum стоит дорого, и стандартный подход для его использования в топливных элементах далека от идеальной. Эти нанопроводов является ключевым шагом на пути более эффективные решения."
Гораздо короче нанопроводов, которые уже использовались в разных технологий, таких как нанокомпьютеры и наноразмерных сенсоров. В процесс, известный как electrospinning - это метод, используемый для производства длительный, ультра-тонкий твердых волокон - Li и аспирант Jianglan Шуй смогли создать платиновых нанопроводов, которые тысячи раз больше, чем за любой предыдущий таких нанопроводов.
"Нашей конечной целью является сделать свободно стоящих катализаторов топливных элементов из этих нанопроводов", говорит Ли.
В топливных элементах, катализатор облегчает реакции водорода и кислорода, расщепление сжатого водорода топлива на электроны и ионы водорода в кислой. Электроны затем проходят через внешнюю электрическую цепь для питания, а ионы водорода в сочетании с электронами и кислородом, образуя отходы, как правило, жидкости или паров воды.
Из-за его способности выдерживать суровые кислой среде в топливных элементах, платины, основной материал, используемый при принятии катализаторов топливных элементов. Его энергия эффективности также существенно выше, чем у более дешевых металлов, таких как никель.
Высшее площадь приводит к повышению эффективности. В целях максимального подвергаются площадь платины, предшествующие усилия на то, чтобы катализаторов в значительной степени опирались на платине наночастиц. Li приводит две основные проблемы, с подхода, наночастицы, как связаны с высокой стоимостью платины.
Во-первых, отдельные частицы, несмотря на твердое, может соприкасаться друг с другом и сливаются в процессе поверхностной диффузии - объединение целях сокращения их общего поверхности и энергии. Как уменьшается площадь поверхности, так меняется и скорость катализа внутри топливного элемента.
Во-вторых, требуется наночастиц углерода структуры поддержки при проведении их на месте. К сожалению, платиновых частиц не придаем особенно хорошо к этим структурам, и углерода может быть окисления и, следовательно, деградация. Как углерода окисляется с течением времени все больше и больше частиц оторвались и постоянно теряются.
Ли говорит, что его нанопроводов избежать этих проблем полностью. С платины расположены в серии сантиметр длины, гибкое и равномерно тонкие провода, составляющих их частиц фиксируются на месте и не нуждаются в дополнительной поддержке. Platinum больше не будут потеряны во время нормальной работы топливных элементов.
"Причин, почему люди не пришли к нанопроводов раньше, что очень трудно делать их. Параметры, влияющие на морфологию провода имеют сложный характер. И когда они не являются достаточно долго, они ведут себя так же, как наночастицы," объясняет он.
Одной из ключевых проблем, Li-шуй и преодолел было уменьшение образования платины бисером по нанопроводов, которые образуются, когда условия не являются оптимальными. В результате серии чередовались бисер, а не относительно гладкой проволоки, а также разделы неиспользованных поверхности.
"С платины быть настолько дорогостоящей, очень важно, чтобы никто об этом идет в отходы при создании топливных элементов", говорит Ли. "Мы изучили пять переменных, которые влияют на формирование шарик, и мы, наконец, получил его - нанопроводов, которые почти шарик свободными".
Нынешняя цель Li является дальнейшей оптимизации лабораторных условиях получить меньше бисером и даже дольше, более равномерно тонким нанопроводов. "После этого мы будем делать на топливных элементах и демонстрации этой технологии", говорит Ли.
