Fëllt de Formulaire hei ënnendrënner aus a mir schécken Iech d'PDF-Versioun vun "Nei technologesch Verbesserunge fir Kuelendioxid a flëssege Brennstoff ëmzewandelen" per E-Mail.
Kuelendioxid (CO2) ass d'Produkt vum Verbrenne vu fossile Brennstoffer an dat heefegst Treibhausgas, dat op eng nohalteg Manéier erëm a nëtzlech Brennstoffer ëmgewandelt ka ginn. Eng villverspriechend Method fir CO2-Emissiounen a Brennstoffrohr ëmzewandelen ass e Prozess, deen elektrochemesch Reduktioun genannt gëtt. Fir awer kommerziell rentabel ze sinn, muss de Prozess verbessert ginn, fir méi gewënschte kuelestoffräich Produkter ze wielen oder ze produzéieren. Wéi an der Zäitschrëft Nature Energy bericht, huet de Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) elo eng nei Method entwéckelt, fir d'Uewerfläch vum Kofferkatalysator, deen fir d'Hëllefreaktioun benotzt gëtt, ze verbesseren an doduerch d'Selektivitéit vum Prozess ze erhéijen.
„Obwuel mir wëssen, datt Koffer de beschte Katalysator fir dës Reaktioun ass, bitt en keng héich Selektivitéit fir dat gewënschte Produkt“, sot den Alexis, e Seniorwëssenschaftler am Departement fir chemesch Wëssenschaften am Berkeley Lab a Professer fir chemesch Ingenieurswiesen op der University of California, Berkeley. De Spell sot: „Eis Equipe huet festgestallt, datt een déi lokal Ëmwelt vum Katalysator benotze kann, fir verschidden Tricker ze maachen, fir dës Zort vu Selektivitéit ze garantéieren.“
A fréiere Studien hunn d'Fuerscher präzis Konditioune festgeluecht, fir déi bescht elektresch an chemesch Ëmwelt fir d'Schafung vu kuelestoffräiche Produkter mat kommerziellem Wäert ze bidden. Dës Konditioune sinn awer am Géigesaz zu de Konditiounen, déi natierlech an typesche Brennstoffzellen optrieden, déi Waasserbaséiert leetfäeg Materialien benotzen.
Fir den Design ze bestëmmen, deen an der Brennstoffzellen-Waasserëmfeld ka benotzt ginn, hunn de Bell a säin Team am Kader vum Energy Innovation Center Projet vun der Liquid Sunshine Alliance vum Energieministère eng dënn Schicht Ionomer benotzt, déi bestëmmte gelueden Molekülen (Ionen) duerchloosst. Aner Ionen ausschléissen. Wéinst hiren héichselektiven chemeschen Eegeschafte si se besonnesch gëeegent fir e staarken Afloss op d'Mikroëmfeld ze hunn.
De Chanyeon Kim, e Postdoktorand an der Bell-Grupp an den éischten Auteur vun der Publikatioun, huet virgeschloen, d'Uewerfläch vu Kupferkatalysatoren mat zwou üblechen Ionomeren, Nafion a Sustainion, ze beschichten. D'Team huet d'Hypothes opgestallt, datt dëst d'Ëmwelt beim Katalysator - dorënner de pH-Wäert an d'Quantitéit u Waasser a Kuelendioxid - op iergendeng Manéier ännere sollt, fir d'Reaktioun ze riichten, fir kuelestoffräich Produkter ze produzéieren, déi einfach a nëtzlech Chemikalien ëmgewandelt kënne ginn. Produkter a flësseg Brennstoffer.
D'Fuerscher hunn eng dënn Schicht vun all Ionomer an eng duebel Schicht vun zwee Ionomeren op e Kofferfilm opgedroen, deen vun engem Polymermaterial ënnerstëtzt gouf, fir e Film ze bilden, deen se no bei engem Enn vun enger handfërmeger elektrochemescher Zell asetzen konnten. Beim Injektioun vu Kuelendioxid an d'Batterie an der Uleeung vun der Spannung hunn si de Gesamtstroum gemooss, deen duerch d'Batterie fléisst. Duerno hunn si de Gas an d'Flëssegkeet gemooss, déi sech am ugrenzende Reservoir während der Reaktioun gesammelt hunn. Fir de Fall mat zwou Schichten hunn si festgestallt, datt kuelestoffräich Produkter 80% vun der Energie ausgemaach hunn, déi vun der Reaktioun verbraucht gouf - méi wéi 60% am Fall ouni Beschichtung.
„Dës Sandwichbeschichtung bitt dat Bescht aus zwou Welten: héich Produktselektivitéit an héich Aktivitéit“, sot de Bell. Déi duebelschichtig Uewerfläch ass net nëmme gutt fir kuelestoffräich Produkter, mä generéiert gläichzäiteg och e staarke Stroum, wat op eng Erhéijung vun der Aktivitéit hiweist.
D'Fuerscher sinn zum Schluss komm, datt déi verbessert Äntwert d'Resultat vun der héijer CO2-Konzentratioun war, déi sech an der Beschichtung direkt um Koffer gesammelt huet. Zousätzlech produzéieren negativ gelueden Molekülen, déi sech an der Regioun tëscht den zwee Ionomeren sammelen, eng méi niddreg lokal Aciditéit. Dës Kombinatioun kompenséiert d'Konzentratiounskompromisser, déi tendéieren, wann et keng Ionomerfilmer gëtt.
Fir d'Effizienz vun der Reaktioun weider ze verbesseren, hunn d'Fuerscher eng virdru bewährte Technologie als eng aner Method fir CO2 a pH ze erhéijen, benotzt: Pulsspannung. Duerch d'Uwendung vun enger Pulsspannung op déi duebelschichteg Ionomerbeschichtung hunn d'Fuerscher eng Erhéijung vun 250% bei kuelestoffräiche Produkter am Verglach mat onbeschichtetem Koffer a statescher Spannung erreecht.
Obwuel verschidde Fuerscher sech op d'Entwécklung vun neie Katalysatoren konzentréieren, berücksichtegt d'Entdeckung vum Katalysator net d'Betribsbedingungen. D'Ëmwelt op der Katalysatoruewerfläch ze kontrolléieren ass eng nei an aner Method.
„Mir hunn keen komplett neie Katalysator entwéckelt, mä mir hunn eist Verständnis vun der Reaktiounskinetik benotzt an dëst Wëssen benotzt fir eis ze guidéieren, wéi mir d'Ëmwelt vun der Katalysatorplaz änneren kënnen“, sot den Adam Weber, e Senior Ingenieur, Wëssenschaftler am Beräich vun der Energietechnologie bei de Berkeley Laboratories a Co-Auteur vu Publikatiounen.
Den nächste Schrëtt ass d'Produktioun vu beschichtete Katalysatoren auszebauen. D'Virexperimenter vum Berkeley Lab Team hunn kleng flaach Modellsystemer involvéiert, déi vill méi einfach waren ewéi déi grouss poréis Strukturen, déi fir kommerziell Uwendungen erfuerderlech sinn. „Et ass net schwéier, eng Beschichtung op eng flaach Uewerfläch opzedroen. Awer kommerziell Methode kënnen d'Beschichtung vu klenge Kupferkugelen enthalen“, sot de Bell. Eng zweet Beschichtungsschicht derbäizesetzen gëtt eng Erausfuerderung. Eng Méiglechkeet ass et, déi zwou Beschichtungen zesummen an engem Léisungsmëttel ze vermëschen an ofzesetzen, an ze hoffen, datt se sech trennen, wann de Léisungsmëttel verdampft. Wat wann dat net de Fall ass? De Bell huet ofgeschloss: „Mir musse just méi intelligent sinn.“ Kuckt Kim C, Bui JC, Luo X an anerer. Personnaliséiert Katalysatormikroumfeld fir Elektroreduktioun vu CO2 zu Multi-Kuelestoffprodukter mat Duebelschicht-Ionomerbeschichtung op Koffer. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Dësen Artikel ass aus dem folgende Material reproduzéiert. Bemierkung: D'Material kann a punkto Längt an Inhalt geännert gi sinn. Fir méi Informatiounen, kontaktéiert w.e.g. déi zitéiert Quell.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 22. November 2021
