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 Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Газовый гигант Elias 2-24b успел набрать массу Юпитера менее чем за миллион лет. Поскольку планета еще формируется, причем довольно далеко от своей звезды, объяснить столь быстрый рост трудно.
Спустя три года после начала испытательных полетов крупнейшую ракету и космический корабль в истории человечества объявили готовыми к первому запуску на орбиту. Причем его планируют сразу десятичасовым и с выводом большой группы спутников Starlink нового поколения. По пропускной способности один этот запуск добавит столько же, сколько десять запусков Falcon 9, современного лидера серийного земного ракетостроения.
Спустя три года после начала испытательных полетов крупнейшую ракету и космический корабль в истории человечества объявили готовыми к первому запуску на орбиту. Причем его планируют сразу десятичасовым и с выводом большой группы спутников Starlink нового поколения. По пропускной способности один этот запуск добавит столько же, сколько десять запусков Falcon 9, современного лидера серийного земного ракетостроения.
Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.
Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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