Обработка плазмой улучшила электроды топливных элементов для экологичного производства электроэнергии
Исследователи из Сколтеха и их коллеги повысили качество углеродного материала для электродов, подвергнув его воздействию воздушной плазмы. В результате улучшились характеристики электрода, а именно они ограничивают производительность высокотехнологичных источников тока — топливных элементов. Это перспективные устройства для эффективной и сравнительно экологичной выработки электроэнергии из горючего топлива.
Результаты исследования опубликованы в Journal of Electroanalytical Chemistry. Одна из приятных неожиданностей: обработка более дешевой плазмой из обычного воздуха оказалась эффективнее, чем воздействие плазмы чистого кислорода или азота.
Одно из возможных решений проблемы вредных выбросов при сжигании природного газа — использование топливных элементов. Эти устройства вырабатывают электроэнергию и тепло, окисляя топливо посредством химической реакции, отличной от горения. В результате производится больше полезной энергии, выделяется меньше парниковых газов и нет загрязнителей воздуха, которые создают смог и вдыхать которые вредно для здоровья.
Топливные элементы используют для выработки энергии на производстве и в частных домах, особенно в труднодоступных, не электрифицированных районах. Эта технология подходит для резервных источников питания и применяется на космических аппаратах, подводных лодках, складских погрузчиках для охлажденных помещений и более привычных видах транспорта: автомобилях, автобусах, поездах, катерах. Основные преимущества — эффективность, устойчивость и экологичность.
Основные трудности связаны с высокой температурой эксплуатации топливных элементов и поиском высокотехнологичных материалов для трех основных деталей — положительного и отрицательного электродов, а также слоя керамического электролита между ними, который обеспечивает химическую реакцию с выделением энергии. Ранее ученые из Сколтеха изготовили керамическую деталь сложной формы для твердооксидных топливных элементов. Теперь настал черед анодных материалов.
«Аноды твердооксидных топливных элементов делают из разного рода углеродных материалов, от активности которых зависит протекание той реакции, которая обеспечивает генерацию электроэнергии. Мы стремимся повысить каталитическую активность, внедряя в углеродный электрод посторонние атомы, — прокомментировал исследование его первый автор, старший преподаватель Центра технологий материалов Сколтеха Станислав Евлашин. — В данном случае мы внедряли атомы кислорода и азота в разных соотношениях в высокоориентированный пиролитический графит и еще один углеродный материал, подвергая их воздействию плазмы разного состава».
Обработка материала плазмой проводилась в камере, наполненной чистым азотом, или чистым кислородом, или обычным воздухом. Если приложить электрическое напряжение, происходит так называемый пробой среды: молекулы газа распадаются на проводящие электрический ток ионы и электроны, то есть превращаются в плазму. Как выяснилось, воздушная плазма оказывает наилучшее воздействие на материал электрода, что удобно, поскольку манипуляции с чистыми газами — более дорогой процесс.
Если сравнивать описанный авторами исследования метод обработки электродного материала с существующими аналогами, то с точки зрения затрат он экономичнее, чем допирование углерода оксидом рутения или платиной. Кроме того, удобно, что примеси кислорода и азота можно внедрять прямо в процессе изготовления материала электрода, в то время как в случае с оксидом рутения и платиной требуется отдельный этап постобработки. Новый метод модификации позволил увеличить каталитическую активность материала, что приближает полученный материал к электродам на основе благородных металлов.
Исследование показало, что предложенный подход может значительно улучшить электрохимические характеристики электродного материала, не усложняя технологию производства. Как только процесс контролируемого внедрения примесей азота и кислорода в материал электрода на этапе синтеза будет отработан, произведенные таким образом материалы можно будет использовать в изготовлении источников тока. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно