Доорх маягтыг бөглөнө үү, бид танд “Нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингэн түлш болгон хувиргах шинэ технологийн сайжруулалтууд”-ын PDF хувилбарыг имэйлээр илгээх болно.
Нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2) нь чулуужсан түлш болон хамгийн түгээмэл хүлэмжийн хийг шатаах бүтээгдэхүүн бөгөөд үүнийг тогтвортой аргаар ашигтай түлш болгон хувиргаж болно. CO2 ялгарлыг түлшний түүхий эд болгон хувиргах нэг ирээдүйтэй арга бол электрохимийн бууралт гэж нэрлэгддэг процесс юм. Гэхдээ арилжааны хувьд ашигтай байхын тулд илүү их нүүрстөрөгчөөр баялаг бүтээгдэхүүнийг сонгох эсвэл үйлдвэрлэхийн тулд энэ процессыг сайжруулах шаардлагатай. Одоо Nature Energy сэтгүүлд мэдээлснээр Лоуренс Берклигийн Үндэсний Лаборатори (Беркли Лаборатори) нь туслах урвалд ашигласан зэсийн катализаторын гадаргууг сайжруулах шинэ аргыг боловсруулж, улмаар процессын сонгомол чанарыг нэмэгдүүлжээ.
"Зэс нь энэ урвалын хамгийн сайн катализатор гэдгийг бид мэдэж байгаа ч хүссэн бүтээгдэхүүнд өндөр сонгомол чанарыг өгдөггүй" гэж Берклигийн лабораторийн Химийн шинжлэх ухааны тэнхимийн ахлах эрдэмтэн, Беркли дэх Калифорнийн Их Сургуулийн химийн инженерийн профессор Алексис хэлэв. Спелл хэлэхдээ: "Манай баг катализаторын орон нутгийн орчныг ашиглан ийм төрлийн сонгомол чанарыг хангах янз бүрийн заль мэхийг хийж болохыг олж мэдсэн."
Өмнөх судалгаануудад судлаачид арилжааны үнэ цэнэтэй нүүрстөрөгчөөр баялаг бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд хамгийн сайн цахилгаан болон химийн орчныг бүрдүүлэх нарийн нөхцлийг тогтоосон. Гэхдээ эдгээр нөхцөл байдал нь усан суурьтай дамжуулагч материал ашигладаг ердийн түлшний эсүүдэд байгалийн жамаар тохиолддог нөхцөл байдалтай зөрчилддөг.
Эрчим хүчний яамны Шингэн Нарны Холбооны Эрчим хүчний инновацийн төвийн төслийн хүрээнд түлшний элементийн усны орчинд ашиглаж болох загварыг тодорхойлохын тулд Белл болон түүний баг тодорхой цэнэгтэй молекулууд (ионууд) нэвтрэх боломжийг олгодог иономерын нимгэн давхаргыг ашигласан. Бусад ионуудыг оруулаагүй болно. Өндөр сонгомол химийн шинж чанартай тул тэдгээр нь бичил орчинд хүчтэй нөлөө үзүүлэхэд онцгой тохиромжтой.
Белл бүлгийн докторын дараах судалгааны ажилтан, өгүүллийн анхны зохиогч Чанён Ким зэсийн катализаторын гадаргууг Nafion болон Sustainion гэсэн хоёр нийтлэг иономероор бүрэхийг санал болгов. Ингэснээр катализаторын ойролцоох орчныг, түүний дотор рН болон ус, нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хэмжээг өөрчлөх хэрэгтэй бөгөөд ингэснээр урвалыг нүүрстөрөгчөөр баялаг бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд чиглүүлж, ашигтай химийн бодис болгон амархан хувиргаж болно гэж таамаглаж байна. Бүтээгдэхүүн ба шингэн түлш.
Судлаачид полимер материалаар бэхлэгдсэн зэс хальсан дээр иономер бүрийн нимгэн давхарга болон хоёр иономерын давхар давхаргыг түрхэж, хальс үүсгэсэн бөгөөд үүнийг гараар хэлбэртэй электрохимийн эсийн нэг үзүүрт оруулж болно. Батерей руу нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шахаж, хүчдэл өгөхдөө тэд батерейгаар урсах нийт гүйдлийг хэмжсэн. Дараа нь урвалын үеэр зэргэлдээх усан санд цуглуулсан хий, шингэнийг хэмжсэн. Хоёр давхаргат тохиолдолд нүүрстөрөгчөөр баялаг бүтээгдэхүүн нь урвалд зарцуулсан энергийн 80%-ийг эзэлдэг бөгөөд энэ нь бүрхүүлгүй тохиолдолд 60%-иас дээш байна.
"Энэхүү сэндвич бүрхүүл нь бүтээгдэхүүний өндөр сонголт болон өндөр идэвхжил гэсэн хоёр ертөнцийн хамгийн сайныг хангадаг" гэж Белл хэлэв. Давхар давхаргатай гадаргуу нь зөвхөн нүүрстөрөгчөөр баялаг бүтээгдэхүүнд сайн төдийгүй нэгэн зэрэг хүчтэй гүйдэл үүсгэдэг бөгөөд энэ нь идэвхжил нэмэгдэж байгааг харуулж байна.
Судлаачид сайжруулсан хариу урвал нь зэсийн дээд хэсэгт шууд хуримтлагдсан CO2-ийн өндөр концентрацийн үр дүн гэж дүгнэжээ. Үүнээс гадна, хоёр иономерын хоорондох бүсэд хуримтлагдсан сөрөг цэнэгтэй молекулууд нь орон нутгийн хүчиллэгийг бууруулдаг. Энэхүү хослол нь иономер хальс байхгүй үед тохиолддог концентрацийн тэнцвэрийг нөхдөг.
Урвалын үр ашгийг цаашид сайжруулахын тулд судлаачид CO2 болон рН-ийг нэмэгдүүлэх өөр нэг арга болох иономер хальс шаарддаггүй өмнө нь батлагдсан технологи болох импульсийн хүчдэлийг ашигласан. Давхар давхаргат иономер бүрхүүлд импульсийн хүчдэл хэрэглэснээр судлаачид бүрээгүй зэс болон статик хүчдэлтэй харьцуулахад нүүрстөрөгчөөр баялаг бүтээгдэхүүний хэмжээг 250%-иар нэмэгдүүлсэн.
Зарим судлаачид шинэ катализатор боловсруулахад анхаарлаа төвлөрүүлдэг ч катализаторыг нээхдээ ашиглалтын нөхцөлийг харгалздаггүй. Катализаторын гадаргуу дээрх орчныг хянах нь шинэ бөгөөд өөр арга юм.
"Бид бүрэн шинэ катализатор гаргаж ирээгүй, харин урвалын кинетикийн талаарх ойлголтоо ашиглан, катализаторын талбайн орчныг хэрхэн өөрчлөх талаар бодоход энэхүү мэдлэгээ ашигласан" гэж Беркли лабораторийн эрчим хүчний технологийн салбарын эрдэмтэд, нийтлэлийн хамтран зохиогч, ахлах инженер Адам Вебер хэлэв.
Дараагийн алхам бол бүрсэн катализаторын үйлдвэрлэлийг өргөжүүлэх явдал юм. Беркли лабораторийн багийн урьдчилсан туршилтууд нь арилжааны хэрэглээнд шаардлагатай том талбайтай сүвэрхэг бүтцээс хамаагүй хялбар байсан жижиг хавтгай загварын системүүдийг хамарсан. "Хавтгай гадаргуу дээр бүрээс түрхэхэд хэцүү биш. Гэхдээ арилжааны аргууд нь жижиг зэс бөмбөлөг бүрэхийг багтааж болно" гэж Белл хэлэв. Хоёр дахь давхар бүрээс нэмэх нь бэрхшээлтэй болдог. Нэг боломж бол хоёр бүрээсийг хольж, уусгагчид тушааж, уусгагч уурших үед сална гэж найдаж болно. Хэрэв тэд салахгүй бол яах вэ? Белл дүгнэж: "Бид зүгээр л илүү ухаалаг байх хэрэгтэй." Ким С, Буй ЖС, Луо Х болон бусад хүмүүсийг үзнэ үү. Зэс дээр давхар давхаргат иономер бүрээс ашиглан CO2-ийг олон нүүрстөрөгчийн бүтээгдэхүүн болгон электро-бууруулах катализаторын бичил орчин. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Энэ нийтлэлийг дараах материалаас хуулбарласан болно. Тэмдэглэл: Материалыг урт болон агуулгын хувьд засварласан байж магадгүй. Дэлгэрэнгүй мэдээллийг иш татсан эх сурвалжаас авна уу.
Нийтэлсэн цаг: 2021 оны 11-р сарын 22
