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 Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Исследователи смоделировали, сколько энергии потратили солдаты, лошади и боевые слоны армии Ганнибала при переходе через тот или иной альпийский перевал. Расчеты показали, что преимущество у перевала Коль-де-ла-Траверсетт: несмотря на свою высоту, это был самый короткий и наименее энергозатратный маршрут из всех.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
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.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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