Firing Up células de combustível com nanotecnologia
Nanotecnologia pode melhorar a eficiência das células de combustível de várias maneiras. As células de combustível exigem que o movimento de íons através das membranas. Ao usar nanoporos, você pode limitar o que recebe através das membranas e controlar melhor a reação que ocorre.
Os investigadores têm as extremidades cobertas de nanoporos para interceptar a solução ácida no interior da membrana, melhorando assim o transporte de iões hidrogénio através da membrana em baixa humidade. Esta capacidade abre-se a possibilidade de as células de combustível que operam em uma ampla gama de condições de humidade.
Um catalisador, geralmente de platina, faz com que as reacções de células de combustível a temperaturas mais baixas ocorrem mais facilmente. Uma segunda maneira que a nanotecnologia pode melhorar a eficiência das células de combustível envolve a melhoria da catalisador. Os investigadores utilizar nanopartículas para aumentar a área de superfície disponível para as reacções, tornando assim a reacção mais eficiente - e menos dispendiosa, porque é necessário menos platina.
Finalmente, nano pode produzir tanques de armazenamento de hidrogênio pequeno e leve o suficiente para usar em carros. As ligações de hidrogênio facilmente ao carbono, por isso os pesquisadores têm investigado o armazenamento de hidrogênio em grafeno. Porque grafeno é apenas um átomo de espessura, que tem a exposição de carbono por peso dos materiais de maior área de superfície. energia de ligação de hidrogênio de alta-carbono ea exposição de carbono de alta área superficial fazer grafeno um bom candidato para o armazenamento de hidrogênio.
Vários grupos estão a explorar a utilização de nanotecnologia para melhorar a eficiência das células de combustível.
Pesquisadores da SLAC National Accelerator Laboratory desenvolveram uma maneira de usar 80 por cento menos platina para o cátodo em células de combustível, o que poderia reduzir significativamente os seus custos. Os investigadores de liga de platina com cobre em nanopartículas e, em seguida, removido o cobre a partir da superfície das nanopartículas, fazendo com que os átomos de platina para se aproximarem uns dos outros.
O espaçamento reduzido entre átomos (chamada espaçamento de rede) Altera a estrutura eletrônica dos átomos de platina para que os íons de oxigênio separados são mais facilmente liberado, tornando o catalisador mais eficaz. Um catalisador mais eficaz significa que menos catalisador é necessária.
Outra forma de reduzir o uso de platina em cátodos de célula de combustível está sendo desenvolvido por pesquisadores da Universidade Brown. Eles depositou uma camada espessa de um nanômetro de platina e ferro em nanopartículas esféricas de paládio.
Em testes de laboratório, eles descobriram que uma célula de combustível, utilizando um catalisador feito com estas nanopartículas gerado 12 vezes mais do que uma corrente contendo um catalisador que utiliza platina pura. A célula de combustível também durou dez vezes mais. Os pesquisadores acreditam que esta melhoria se deve a uma transferência mais eficiente de elétrons.
O hidrogénio produzido a partir de hidrocarbonetos, tais como óleo ou gás natural, contém monóxido de carbono. Para utilizar este em células de combustível de hidrogénio, monóxido de carbono tem de ser removido, o que aumenta o custo.
Pesquisadores da Universidade de Cornell descobriram uma maneira de reduzir a quantidade de platina utilizado na célula de combustível e aumentar a tolerância da célula de combustível para alguns contaminantes no combustível de hidrogênio, o que diminui o custo de produção do hidrogênio.
Pesquisadores da Universidade de Illinois desenvolveram uma membrana de troca de prótons usando uma camada de silício com poros que são cerca de 5 nanômetros de diâmetro e cobertas por uma camada de sílica porosa. A camada de sílica assegura que a água permanece no nanoporos. A água combina com as moléculas de ácido ao longo da parede dos nanoporos para formar uma solução acidica, fornecendo uma via fácil para os iões hidrogénio através da membrana.
Esta membrana tinha muito melhor condutividade de íons de hidrogênio (100 vezes melhor) em condições de baixa umidade do que a membrana normalmente utilizado em células a combustível. Esta abordagem pode resultar na criação de células de combustível que operam em ambientes com uma vasta gama de humidade.
