| 0 |
|
Благодаря использованию интенсивного рентгеновского излучения исследователи впервые смогли проследить процесс производства электричества, происходящий в топливных элементах. Полученные сведения позволят сделать крупномасштабные альтернативные энергостанции более практичными и надежными.
Топливные элементы генерируют электричество из водорода и кислорода с получением воды, этот же процесс, запущенный в обратном направлении, позволяет, расщепляя воду, запасать электроэнергию. Но для применения таких обратимых топливных элементов в одной связке с солнечными или ветроэлектростанциями, химическую реакцию получения воды требуется понимать гораздо лучше, чем ее понимают сейчас.
В типичном топливном элементе анод и катод разделены плотной мембраной. Молекулы кислорода на катоде расщепляются в присутствии катализатора на отрицательные ионы и перемещаются на анод, где вступают в реакцию с молекулами водорода с образованием воды. При этом электроны должны переходить с анода на катод, однако мембрана непроходима для них и пропускает только ионы. Электронам приходится обходить ее по проводам, попутно приводя в действие электромобили и прочие электронные устройства.
Электронный перенос в электрохимических реакциях изучен довольно хорошо, но в ионном транспорте остается много неясного. Исследовать процессы, скрытые в раскаленных глубинах топливных элементов, инженеры пытались уже многие годы, но найти эффективный подход до последнего времени не удавалось.
В статье, вышедшей в Nature Communications, сотрудники SLAC, национальных лабораторий Беркли и Сандиа описывают, как им удалось наблюдать за протеканием кислород-водородной реакции в высокоэффективном топливном элементе на основе твердого оксида церия и получить моментальные снимки в атомном разрешении, используя излучение из синхротронного источника Advanced Light Source в Национальной лаборатории Беркли.
Одним из важных результатов эксперимента стал ответ на вопрос о причинах эффективности оксида церия в качестве катализатора. В отличие от других твердооксидных катализаторов он позволяет снизить температуру оптимального режима работы топливных батарей с 800 до 600 °C. Высокие температуры в общем случае ускоряют протеканием реакций, но также сокращают срок службы топливных элементов, поэтому 200 градусов разницы представляют огромное преимущество.
Как оказалось, свойством, делающим оксид церия столь ценным катализатором, является его дефективность, то есть наличие множества дефектов — отсутствующих атомов кислорода (кислородных вакансий).
Подобные вакансии улучшают реактивность и ускоряют ионный транспорт, что, в свою очередь, активизирует химические процессы, происходящие в топливных элементах, и увеличивает выход электроэнергии.
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
