Преодоление препятствия на пути к хранению возобновляемой энергии

Если возобновляемые источники энергии однажды заменят ископаемое топливо, инженерам необходимо найти способ их надежного и масштабного хранения.

Один из методов, который в настоящее время изучают многочисленные исследователи, предполагает хранение энергии в газообразной форме в электролитических ячейках.

Как работают катализаторы

Электролитические элементы работают за счет использования электричества для запуска реакции электролиза, которая расщепляет молекулы воды на водород и кислород. Затем электроэнергия может быть восстановлена путем обратного хода реакции и рекомбинации водорода и кислорода в воду.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Катализаторы используются для ускорения электрокаталитических реакций, не расходуясь в процессе. Катализаторы, используемые для электролиза воды, представляют собой оксиды металлов, некоторые из которых, как правило, работают лучше других, хотя точная причина этого остается неизвестной. "Мы смогли увидеть, что при электролизе воды некоторые оксиды особенно эффективны, прочны и стабильны", - говорит Василики Тилели, доцент и руководитель лаборатории по изучению характеристик наноматериалов с помощью электронов в лаборатории EPFL. "Но мы не можем объяснить, почему эти оксиды работают лучше, поскольку мы не знаем точно, что происходит с катализатором во время реакции".

Чтобы выяснить это, Тилели и Тзу-Хсиен Шен, аспирант ее лаборатории, наблюдали за реакцией электролиза воды под электронным микроскопом, изучая поведение катализатора во время всего процесса путем создания изображений в наноскопическом масштабе. Они использовали оксидный катализатор перовскитного типа под названием BSCF. "Это интригующий катализатор с исключительными свойствами по расщеплению воды", - говорит Тилели. "Большинство используемых в настоящее время катализаторов, например, из иридия и рутения, эффективны, но очень дороги, а их поставки ограничены. В конечном итоге придется искать альтернативы".

Тилели и Шен снимали в реальном времени изображения частиц BSCF на каждом этапе цикла электролиза. Они увидели появление молекулярного кислорода, что означало протекание реакции, и подтвердили, что процесс обратим. Они также увидели, что BSCF обладает особой прочностью.

Кроме того, исследовательская группа обнаружила, что поверхностные атомы частиц перераспределяются во время реакции, изменяя свойства поверхности. В результате частицы по-разному взаимодействуют с окружающей средой на разных этапах цикла электролиза. На одних этапах поверхность гидрофобна (т.е. водоотталкивающая), а на других - гидрофильна (т.е. притягивает воду). "Эти наблюдения уникальны", - говорит Тилели. "Мы подозревали, что поверхность частиц может меняться, но никогда раньше это не наблюдалось в наноскопическом масштабе и в реальном времени". Способность материала переключаться взад и вперед между гидрофобным и гидрофильным состояниями очень ценна для инженеров и может быть использована в различных приложениях, таких как датчики, системы очистки воды и самоочищающиеся поверхности. Результаты исследований ученых опубликованы в журнале Nature Catalysis. опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet