В Швеции предложили производить водород безопаснее, проще и эффективнее
Новый метод производства водорода описали шведские исследователи. Они заявили, что их технология устраняет риск взрыва и потребность в редкоземельных металлах при эффективности в 99%. Инновация обещает более лёгкую интеграцию с возобновляемыми источниками энергии и предполагает значительный потенциал для коммерческого применения.
Для начала напомним читателям о классической технологии. Электролиз — это электрохимические процессы под воздействием постоянного тока от внешнего источника. Для электролиза необходим аппарат — электролизёр, он же электролитическая ванна. Электролизёр состоит корпуса (ванны) с электролитом, двух или нескольких электродов (катодов и анодов), сжатых между собой концевыми плитами и отделённых изолирующими прокладками. При прохождении через электроды постоянного тока на стороне катода выделяется водород, а на стороне анода получается кислород. Аноды бывают из графита, платины, оксидов железа, свинца, никеля с вариациями и сочетаниями перечисленных материалов. Веществом для катодов в большинстве электролитических ванн выступает сталь. В наши дни в электролизёрах также часто применяют пластмассы, стекло, стеклопластики и керамику.
Что касается новации, то в Королевском технологическом институте (KTH), Стокгольм, придумали, как изменить традиционный электролиз для получения водорода в виде газа. В отличие от существующих систем благодаря изобретению оба газа — кислород и водород — получаются по отдельности, а не одновременно в одной ёмкости. В противном случае в ванне их приходится разделять мембранами, так как смесь водорода с кислородом или с воздухом взрывоопасна.
Разделение производства двух газов исключает риск взрыва, объяснил Эстебан Толедо, аспирант KTH и соавтор соответствующей публикации в журнале Science Advances («Научные достижения»). Второй соавтор — Джойдип Дутта, профессор прикладной физики KTH. Коллеги запатентовали систему получения водорода, создав также компанию Caplyzer AB ради коммерческого развития технологии.
Дутта отметил, что эффективность полученного водорода составила 99%. Кроме того, новый метод, в отличие от прочих, устраняет необходимость в использовании в конструкции редкоземельных металлов. Исследователи также сообщили, что длительные опыты в лаборатории не привели к разрушению электродов в установке, что важно для коммерческого применения.
При извлечении водорода из воды образуется кислород. Конструкция традиционного щелочного электролизёра содержит положительный и отрицательный электроды в ванне со щелочной водой, разделённые проницаемым для ионов барьером. При подаче электротока вода реагирует на катоде с образованием водорода и отрицательно заряженных гидроксид-ионов. А те проникают через барьер к аноду с образованием кислорода. Но мембрана обладает сопротивлением, и если электрический заряд колеблется, то повышается опасность взрывоопасной встречи кислорода с водородом.
Толедо сказал, что переосмысление электролиза воды закладывает основу для более надёжного производства экологически чистой энергии. А поскольку изобретатели исключили смешивание газов, они могут работать в более широком диапазоне потребляемой мощности. Они решили, что это намного проще, чем использовать возобновляемые источники энергии, которые обычно обеспечивают переменную мощность.
Одновременное производство газов устраняется заменой одного из электродов сверхъёмким электродом из углерода. Такие электроды попеременно накапливают и высвобождают ионы, эффективно разделяя производство водорода и кислорода.
Если электрод заряжен отрицательно и выдаёт водород, то суперконденсатор накапливает энергетически насыщенные ионы гидроксида (OH). При изменении направления тока суперконденсатор высвобождает поглощённое соединение OH, и на ставшем положительным электроде образуется кислород.
За выделение кислорода и водорода отвечает один электрод, объяснил Дутта. Это весьма похоже на аккумуляторную батарею, которая вырабатывает водород и при этом попеременно то заряжается, то разряжается. Всё дело, пояснил учёный, в замыкании цепи.
Для начала напомним читателям о классической технологии. Электролиз — это электрохимические процессы под воздействием постоянного тока от внешнего источника. Для электролиза необходим аппарат — электролизёр, он же электролитическая ванна. Электролизёр состоит корпуса (ванны) с электролитом, двух или нескольких электродов (катодов и анодов), сжатых между собой концевыми плитами и отделённых изолирующими прокладками. При прохождении через электроды постоянного тока на стороне катода выделяется водород, а на стороне анода получается кислород. Аноды бывают из графита, платины, оксидов железа, свинца, никеля с вариациями и сочетаниями перечисленных материалов. Веществом для катодов в большинстве электролитических ванн выступает сталь. В наши дни в электролизёрах также часто применяют пластмассы, стекло, стеклопластики и керамику.
Что касается новации, то в Королевском технологическом институте (KTH), Стокгольм, придумали, как изменить традиционный электролиз для получения водорода в виде газа. В отличие от существующих систем благодаря изобретению оба газа — кислород и водород — получаются по отдельности, а не одновременно в одной ёмкости. В противном случае в ванне их приходится разделять мембранами, так как смесь водорода с кислородом или с воздухом взрывоопасна.
Разделение производства двух газов исключает риск взрыва, объяснил Эстебан Толедо, аспирант KTH и соавтор соответствующей публикации в журнале Science Advances («Научные достижения»). Второй соавтор — Джойдип Дутта, профессор прикладной физики KTH. Коллеги запатентовали систему получения водорода, создав также компанию Caplyzer AB ради коммерческого развития технологии.
Дутта отметил, что эффективность полученного водорода составила 99%. Кроме того, новый метод, в отличие от прочих, устраняет необходимость в использовании в конструкции редкоземельных металлов. Исследователи также сообщили, что длительные опыты в лаборатории не привели к разрушению электродов в установке, что важно для коммерческого применения.
При извлечении водорода из воды образуется кислород. Конструкция традиционного щелочного электролизёра содержит положительный и отрицательный электроды в ванне со щелочной водой, разделённые проницаемым для ионов барьером. При подаче электротока вода реагирует на катоде с образованием водорода и отрицательно заряженных гидроксид-ионов. А те проникают через барьер к аноду с образованием кислорода. Но мембрана обладает сопротивлением, и если электрический заряд колеблется, то повышается опасность взрывоопасной встречи кислорода с водородом.
Толедо сказал, что переосмысление электролиза воды закладывает основу для более надёжного производства экологически чистой энергии. А поскольку изобретатели исключили смешивание газов, они могут работать в более широком диапазоне потребляемой мощности. Они решили, что это намного проще, чем использовать возобновляемые источники энергии, которые обычно обеспечивают переменную мощность.
Одновременное производство газов устраняется заменой одного из электродов сверхъёмким электродом из углерода. Такие электроды попеременно накапливают и высвобождают ионы, эффективно разделяя производство водорода и кислорода.
Если электрод заряжен отрицательно и выдаёт водород, то суперконденсатор накапливает энергетически насыщенные ионы гидроксида (OH). При изменении направления тока суперконденсатор высвобождает поглощённое соединение OH, и на ставшем положительным электроде образуется кислород.
За выделение кислорода и водорода отвечает один электрод, объяснил Дутта. Это весьма похоже на аккумуляторную батарею, которая вырабатывает водород и при этом попеременно то заряжается, то разряжается. Всё дело, пояснил учёный, в замыкании цепи.
- Дмитрий Ладыгин
- pexels.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
В Красноярске обнаружены следы глобальной катастрофы, случившейся 12 800 лет назад
Это было внезапно, ужасно и очень быстро: гигантская волна или ударная волна прошлась по этим местам, сметая все на своем пути и перетасовывая кости людей,...
Почему Христос умер на кресте быстрее, чем разбойники: ученые объяснили эпизод из Нового Завета
Поразительно, но это был целый клубок событий, которые произошли в последние сутки до распятия...
Атомная катастрофа Гитлера: оказывается, немцы едва не устроили собственную Хиросиму еще в 1942 году
Почему громкая авария в лаборатории поставила жирный крест на мечтах Германии поработить всю планету?...
Кто убивает итальянских волков: зоологи были потрясены кадрами с автоматической камеры
Трагический эпизод показал, что некоторые зоологические теории придется кардинально пересмотреть. У серых хищников есть неожиданные враги...
Какую тайну хранит загадочное яйцо из Антарктиды возрастом 68 млн лет?
В истории было все: научный детектив, круг подозреваемых и даже палеонтологическая сенсация...
300-летний секрет «золотых» скрипок Страдивари наконец-то разгадан?
И почему ученые в поисках тайны забрели в отдаленную долину в самом сердце Итальянских Альп?...
Киты-убийцы замечены в каннибализме? Российские ученые обнаружили окровавленные плавники на берегу
Эта «война», по словам исследователей, продолжается уже… 100 000 лет...
Обнаружена древнейшая карта ночного неба, которая 2000 лет считалась утраченной навсегда
Это был настоящий научный детектив: текст скрывался в неожиданном месте. Современные технологии доказали, что написанное раз стереть полностью уже невозможно...
80 лет без Звезды Героя: почему офицер, поставивший Знамя Победы, не получил заслуженную награду при жизни?
Только указ Президента России смог исправить одну из самых вопиющих несправедливостей в советской истории...
«Кровавая» история водопада Блад-Фоллс: почему ученые сравнивают это место с Марсом?
Эта антарктическая аномалия больше века не давала покоя исследователям, но в 2018 году завеса тайны все же приоткрылась...
Американский «Чернобыль-80»: эта катастрофа едва не изменила всю историю США
Эксперты говорят: лишь счастливая случайность не позволила взорваться заряду в 600 (!) раз мощнее хиросимской бомбы...
Каменный топор со дна реки может переписать древнейшую историю Сибири
По словам ученых, получился отличный научный детектив: добыча золота, артефакт бронзового века, забытая цивилизация...