Loading

Просто добавь воды: Как ученые используют кремний для производства водорода

Создано 30.01.2013 16:55
Автор: Александр Иващенко

Кремний для производства водорода

Сферические кремниевые наночастицы диаметром около 10 нанометров. Согласно новому исследованию Университета Буффало, эти частицы, созданные в лаборатории, реагируют с водой и производят водород.

Согласно исследователям из Университета Буффало (УБ), наночастицы кремния вступают в реакцию с водой и почти непрерывно генерируют водород.

В серии экспериментов, ученые создали сферические частицы кремния диаметром около 10 нанометров. При смешивании с водой, эти частицы реагируют и образуют кремниевую кислоту (нетоксичный побочный продукт) и водород – потенциальный источник энергии для топливных элементов.

Согласно исследованию, реакция не требует света, тепла или электричества, а также создает водород примерно в 150 раз быстрее, чем подобные реакции при участии кремниевых частиц размером 100 нанометров, и в 1000 раз быстрее, чем объемный кремний.

Результаты исследования были опубликованы на сайте Nano Letters 14.01.2013. Ученые сумели подтвердить, что водород, полученный ими, был относительно чист, что подтвердило его тестирование в компактных топливных элементах, питающих вентилятор.

«Когда доходит до разделения воды при производстве водорода, наночастицы кремния могут быть лучше, чем другие очевидные варианты, которые люди давно изучают, например, такие как алюминий», говорит исследователь Mark T. Swihart, профессор химии и биоинженерии УБ и директор Университета Стратегических Сил из Интегрированных Наноструктурных Систем.

«С последующей доработкой, эта технология может сформировать базу для подхода «просто добавь воды» в случае генерирования водорода при первой необходимости», говорит исследователь Paras Prasad, исполнительный директор Института Лазеров, Фотоники и Биофотоники УБ и Заслуженный Профессор в Департаменте Химии, Физики, Электрической Инженерии и Медицины УБ. «Наиболее практичным применением было бы в портативных источниках энергии».

Swihart и Prasad возглавляли исследование, которое было законченно учеными из Университета Буффало, некоторые из которых принадлежат к университетам Китая и Южной Кореи ( Nanjing University in China or Korea University in South Korea). Folarin Erogbogbo, научный сотрудник и профессор в УБ, был первым автором.

Скорость, с которой 10-нанометровые частицы реагируют с водой, удивляет исследователей. В течение одной минуты, эти частицы дают больше водорода, чем 100-нанометровые частицы за 45 минут. Максимальный показатель скорости реакции для 10-нанометровых частиц был равен 150.

Swihart утверждает, что расхождение в показателях связано с геометрией. В процессе реакции большие частицы формируют наносферические структуры, поверхности которых реагируют с водой медленнее и менее равномерно, чем поверхности сферических наночастиц меньшего размера.

Хотя производство сверхмаленьких частиц кремния требует значительных затрат энергии и ресурсов, частицы могут помочь питать портативные устройства в ситуациях когда вода доступна и портативность является более важным фактором, чем низкая цена. Военные операции и кемпинг – два примера таких сценариев.
«Ранее не было известно, что мы можем генерировать водород так быстро из кремния, одного из самых распространенных элементов Земли », говорит профессор Erogbogbo. «Безопасное аккумулирование водорода было сложной проблемой, несмотря на то, что водород отличный кандидат для альтернативной энергии и одним из практических применений для нашей работы были бы поставки водорода для топливных энергетических элементов. Это могут быть военные средства передвижения или другие применения портативного характера, находящиеся недалеко от воды».

«Возможно вместо того, чтобы взять бензиновый или дизельный генератор и топливные баки, или большие батареи с собой на кемпинг (гражданский или военный) с доступом к воде, я возьму водородные топливные элементы (более компактные и легкие чем генератор) и несколько пластиковых картриджей кремниевого порошка, смешанного с активатором », говорит Swihart, размышляя о будущем применении. «Потом я смог бы зарядить мой спутниковый телефон и радио, GPS, ноутбук, фонарик, и т.п. Если я все правильно спланирую, я даже мог бы использовать излишки тепла генерируемого из реактора, чтобы согреть воды и сделать чаю».

silicon_nnoparticles_2 silicon_nnoparticles_3

silicon_nnoparticles_4 silicon_nnoparticles_5

Источник: University at Buffalo

Комментарии: