Anheizen Brennstoffzellen mit Nanotechnologie

Nanotechnologie kann die Effizienz von Brennstoffzellen in mehrfacher Hinsicht zu verbessern. Brennstoffzellen erfordert die Bewegung von Ionen durch Membranen. Durch die Verwendung von Nanoporen, können Sie begrenzen, was die Membranen durchkommt und besser die Reaktion zu steuern, die auftritt.

Forscher haben die Enden der Nanoporen zu stoppen, die die saure Lösung im Inneren der Membran mit einer Kappe bedeckt, wodurch der Transport von Wasserstoffionen durch die Membran in niedriger Feuchtigkeit zu verbessern. Diese Fähigkeit eröffnet die Möglichkeit, Brennstoffzellen zu machen, die in einem weiten Bereich von Feuchtigkeitsbedingungen zu betreiben.

Ein Katalysator, in der Regel Platin, macht Brennstoffzelle Reaktionen bei niedrigeren Temperaturen leichter auftreten. Eine zweite Möglichkeit, die Nanotechnologie, die Effizienz von Brennstoffzellen zu verbessern beinhaltet die Verbesserung des Katalysators. Die Forscher verwenden Nanopartikel die Oberfläche für Reaktionen zu erhöhen, wodurch die Reaktion effizienter zu machen - und weniger kostspielig, weil weniger Platin benötigt wird.

Schließlich kann Nano Wasserstoffspeicher klein und leicht genug produzieren in Autos zu nutzen. Wasserstoffbrückenbindungen leicht zu Kohlenstoff, haben Forscher so die Speicherung von Wasserstoff untersucht, in Graphen. Weil Graphen nur ein Atom dick ist, hat es die höchste Oberfläche Exposition Kohlenstoff pro Gewicht aller Materialien. Hohe Wasserstoff-Kohlenstoff-Bindungsenergie und hoher spezifischer Oberfläche Engagement des Kohlenstoff machen Graphen ein guter Kandidat für die Speicherung von Wasserstoff.

Mehrere Gruppen untersuchen die Verwendung von Nanotechnologie die Effizienz von Brennstoffzellen zu verbessern.

  • Forscher an der Stanford Linear Accelerator Center haben einen Weg entwickelt, 80 Prozent weniger Platin für die Kathode in der Brennstoffzelle zu verwenden, was deren Kosten erheblich reduzieren könnte. Die Forscher Platin mit Kupfer in Nanoteilchen legiert und entfernt dann das Kupfer von der Oberfläche der Nanopartikel, wodurch die Platinatome näher zueinander zu bewegen.

    Der reduzierte Abstand zwischen den Atomen (genannt Gitterabstand) Verändert die elektronische Struktur der Platinatome, so daß die abgetrennten Sauerstoffionen leichter freigesetzt werden, so dass der Katalysator effizienter. Ein wirksamerer Katalysator bedeutet, dass weniger Katalysator erforderlich ist.

  • Eine andere Möglichkeit, die Verwendung von Platin in Brennstoffzellen-Kathoden zu reduzieren wird von Forschern an der Brown University entwickelt. Sie abgeschieden, um eine Ein-Nanometer dicke Schicht aus Platin und Eisen auf kugelförmige Nanopartikel aus Palladium.

    In Laborversuchen, fanden sie, dass eine Brennstoffzelle, die einen Katalysator, der mit dieser Nanopartikel erzeugt 12mal mehr Strom als eine, die einen Katalysator mit reinem Platin verwendet wird. Die Brennstoffzelle dauerte auch zehnmal länger. Die Forscher glauben, dass diese Verbesserung zu einer effizienteren Übertragung von Elektronen beruht.

  • Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen, wie Öl oder Erdgas, enthält Kohlenmonoxid. Um diesen Wasserstoff in Brennstoffzellen zu verwenden, müssen Kohlenmonoxid entfernt werden, was die Kosten erhöht.

    Forscher an der Universität von Cornell haben einen Weg gefunden, um die Menge an Platin in der Brennstoffzelle zu reduzieren und die Toleranz der Brennstoffzelle für einige Verunreinigungen in dem Wasserstoffkraftstoff zu erhöhen, was die Kosten der Herstellung des Wasserstoffs abnimmt.

  • Forscher an der Universität von Illinois haben eine Protonenaustauschmembran unter Verwendung einer Siliziumschicht mit Poren entwickelt, die etwa 5 Nanometer im Durchmesser sind und durch eine Schicht aus porösem Siliciumdioxid mit einer Kappe bedeckt. Die Silica-Schicht sorgt dafür, dass Wasser in den Nanoporen bleibt. Das Wasser vereinigt sich mit den Säuremolekülen entlang der Wand der Nanoporen mit einer sauren Lösung zu bilden, einen einfachen Weg für die Wasserstoffionen durch die Membran bereitstellt.

    Diese Membran hatte eine viel bessere Leitfähigkeit von Wasserstoffionen (100-mal besser) in Niedrigfeuchtigkeitsbedingungen als die Membran normalerweise in Brennstoffzellen verwendet. Dieser Ansatz könnte bei der Schaffung von Brennstoffzellen führen, die in Umgebungen mit einem breiten Bereich von Feuchtigkeits betreiben.

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