Naujoviškos nanovielos didina kuro elementų efektyvumą (1)
Kuro elementai yra laikomi viena iš perspektyviausių švaresnės rytojaus energijos alternatyvų, todėl juos tikimasi plačiai pritaikyti kasdieniame gyvenime: pradedant kompiuteriais ir baigiant automobiliais.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Viena iš priežasčių, kol kas neleidžiančių kuro elementams rimčiau įsitvirtinti rinkoje, yra jų naudojimo trukmė. Katalizatoriai, naudojami netgi pačiuose moderniausiuose šiandienos kuro elementuose, ilgainiui netenka savo savybių, todėl nutrūksta cheminės reakcijos, kurą paverčiančios elektros energija. Be to, dabartinių technologijų pagrindą sudaro mažytės dalelės, padengtos katalizatoriaus medžiaga, o ribotas dalelių paviršius reiškia, kad tam tikru laiko momentu reakcijoje dalyvauja tik dalis katalizatoriaus.
Visai neseniai Jeilio Inžinerijos ir taikomojo mokslo mokyklos (JAV) specialistai sukūrė naują kuro elementų katalizatoriaus sistemą, tam panaudodami nanovielas, pagamintas iš neįprastos medžiagos, sugebančios 2.4 karto prailginti šiandienos technologijų veikimo laiką. Mokslininkų darbas išspausdintas balandžio mėnesio „ACS Nano“ žurnalo numeryje.
Jeilio inžinieriai Janas Šroersas (Jan Schroers) ir Andrė Teiloras (André Taylor) sukonstravo mažytes nanovielas, kurių pagrindą sudaro novatoriškas metalo lydinys, vadinamas tūriniu metališkuoju stiklu (angl. bulk metallic glass, BMG). Šis lydinys turi didelį paviršiaus plotą, todėl reakcijoje gali dalyvauti didesnis katalizatoriaus kiekis, be to, jis sugeba išlaikyti katalizatorių aktyvų ilgiau už įprastines kuro elementų sistemas.
Dabartinėse technologijose yra naudojama juodoji anglis – nebrangi, elektriškai laidi anglies medžiaga, perduodanti elektros srovę, kurią sukuria katalizatoriaus medžiaga platina. Kuo daugiau kuro dalelių sąveikauja su platina, tuo stipresnė sukuriama elektros srovė. Vis dėlto juodoji anglis yra akyta, todėl platina, esanti vidinėse porose, sunkiau dalyvauja reakcijose. Paminėtina ir tai, kad ilgainiui juodoji anglis yra paveikiama korozijos.
„Tam, kad pagamintume efektyvesnius kuro elementus, norime padidinti aktyvų katalizatoriaus paviršiaus plotą ir užtikrinti, jog ši medžiaga tarnautų ilgiau“, – teigia A. Teiloras.
J. Šroerso ir A. Teiloro sukurtų BMG nanovielų matmenys siekia vos 13 nanometrų (maždaug viena dešimtatūkstantoji žmogaus plauko storio dalis), o tai reiškia, kad šie dariniai yra tris kartus mažesni už juodosios anglies daleles. Ilgas ir plonas nanovielų pavidalas užtikrina, jog aktyvus paviršiaus plotas, tenkantis masės vienetui, yra kur kas didesnis už juodosios anglies. Be to, užuot tvirtinę platinos daleles prie anglies atramos, Jeilio tyrėjai įmaišė platiną į patį nanovielų lydinį, taip užtikrindami kur kas ilgesnį katalizatoriaus tarnavimo laiką.
Pasak J. Šroerso, sukūrusio ir kitus BMG lydinius, tokį nanovielų kompaktiškumą lemia unikali jų cheminė sudėtis. Tyrėjai pažymi, kad BMG nanovielos geriau praleidžia elektros srovę už juodąją anglį ar anglies nanovamzdelius, jas pigiau apdirbti.
Kol kas A. Teiloras išbandė naująją katalizatoriaus sistemą su alkoholio pagrindo kuro elementais (įskaitant ir tuos, kurie etanolį ir metanolį naudoja kaip kuro šaltinį), tačiau mokslininkai yra įsitikinę, jog ta pati sistema tiktų ir kitos rūšies kuro elementams. Tyrėjai netgi užsimena apie nešiojamuosius elektronikos įrenginius, pavyzdžiui, kompiuterius, mobiliuosius telefonus arba nuotolinius jutiklius.
„Tai įvadas į naujos klasės medžiagas, kurias galima panaudoti kaip elektrokatalizatorius, – apibendrina A. Teiloras. – Tai rimtas žingsnis kuriant komerciškai prieinamus kuro elementus ir galiausiai papildant arba pakeičiant elektroninių įtaisų baterijas“.
