|  | 25 января 2013 | Нанотехнологии, Энергетика

Кремниевые наночастицы становятся перспективным источником водорода для топливных элементов

Кремниевые наночастицы


Исследователи из университета Буффало изготовили сферические кремниевые наночастицы, которые в случае контакта с обычной водой становятся источником водорода, являющегося топливом для водородных топливных элементов, вырабатывающих электрическую энергию. Когда кремний входит в контакт с водой, начинается химическая реакция, не требующая света и подвода внешней энергии, в ходе которой получается газообразный водород и кремниевая кислота, являющаяся нетоксичным побочным продуктом. Проведенные эксперименты показали, что получаемый таким способом водород достаточно чист и даже небольшого количества кремния достаточно для приведения в действие топливного элемента, питающего двигатель небольшого вентилятора.

Согласно проведенным исследованиям и экспериментам, скорость производства водорода зависит от размеров кремниевых наночастиц. Частицы, диаметром 10 нанометров, вырабатывали один и тот же объем водорода в тысячу раз быстрее, чем кристаллический кремний, и в 150 раз быстрее, чем частицы, диаметром 100 нанометров. Такие "скоростные" свойства мелких наночастиц позволят создать генераторы водорода, которые будут вырабатывать количество газа, точно соответствующее его расходу топливным элементом.

"Уже давно известно, что водород можно быстро получать от реакции воды и кремния, который является одним из самых распространенных химических элементов на земном шаре" - рассказывает Фолэрин Эрогбогбо (Folarin Erogbogbo), один из исследователей, - "Водород сейчас рассматривается как основной кандидат на роль топлива будущего, но в настоящее время проблема безопасного хранения водорода стоит очень остро и еще не найдено ни одного подходящего решения. Использование кремниевых наночастиц позволит избавиться от необходимости хранения водорода, вырабатывая его по мере необходимости, что позволит внедрять водородную энергетику в некоторых областях уже прямо сейчас".

Согласно информации, опубликованной исследователями, высокая скорость реакции кремния и воды является следствием высокой площади контакта сферических наночастиц с водой. При размерах наночастиц около 10 нанометров их форма является почти идеально сферической, при изготовлении наночастиц больших размеров их форма начинает искажаться, что приводит к существенному уменьшению площади поверхности контакта, которая определяет скорость химической реакции. "Эта технология, к которой как нельзя лучше подходит слоган "только добавь воды", является идеальным вариантом для создания малогабаритных источников питания портативных электронных устройств" - утверждает Парас Прасад (Paras Prasad), исследователь из университета Буффало.

Конечно, у использования кремния в качестве источника водорода есть и отрицательная сторона. Для производства мелких кремниевых наночастиц требуется большое количество времени, энергии и сырья, что делает их достаточно дорогим материалом. Поэтому можно и не задумываться о наполнении бака автомобиля кремниевой пылью вместо топлива, по крайней мере, в самое ближайшее время. Но такая технология может найти применение в ситуациях, когда мобильность, малые габариты и вес более важны, нежели стоимость. К примеру, в научных экспедициях и при проведении военных операций.

"Возможно, что в недалеком будущем, вместо того, чтобы тащить на себе бензиновый генератор с запасом топлива и аккумуляторные батареи к пункту назначения, будет достаточно доставить туда лишь водородный топливный элемент, который имеет меньшие габариты и вес, чем генератор, и захватить с собой пластиковые патроны с кремниевым нанопорошком, смешанным с активатором" - так ученые обрисовывают дальнейшие перспективы разработанной ими технологии, - "От топливного элемента мы сможем запитать спутниковую связь, GPS, ноутбук и освещение. А в случае необходимости можно использовать выделяющееся лишнее тепло для обогрева и приготовления пищи".




Ключевые слова:
Наночастицы, Размер, Форма, Поверхность, Сфера, Кремний, Вода, Реакция, Водород, Топливный, Элемент, Энергия, Устройство

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • "Двуликие" наночастицы-реактивные микродвигатели увеличат эффективность в ...
  • Крошечные "нанодеревья", используя солнечную энергию, могут вырабатывать ...
  • Компания HyperSolar собирается строить "солнечную" установку для производ ...
  • HYDROFILL – водородная энергетическая станция для личного использования.
  • Новый процесс получения чистого водорода с помощью морских водорослей.




  • 25 января 2013 09:26
    #1 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3857
    может найти применение в ситуациях, когда мобильность, малые габариты и вес более важны, нежели стоимость

    Забыли упомянуть, что производство чистого кремния - весьма грязный процесс, неслабо бьющий по экологии.


    --------------------
        
    25 января 2013 10:56
    #2 Написал: HeavyGait

    Публикаций: 3
    Комментариев: 531
    - " При размерах наночастиц около 10 нанометров их форма является почти идеально сферической, при изготовлении наночастиц больших размеров их форма начинает искажаться, что приводит к существенному уменьшению площади поверхности контакта".
    Странно, меня в школе учили, что у шара (сферы) самая маленькая площадь поверхности при одинаковом объёме. Неужели за 17 лет Геометрия так поменялась ?
    Вероятно, речь идёт о том, что суммарная площадь поверхностей 10 нанометровых частиц больше, чем площадь поверности более крупной единичной частицы, занимающей аналогичный объём.
    Но в статье говорится о форме частицы !? В общем, что-то не корректно.


    --------------------
        
    25 января 2013 11:31
    #3 Написал: Transporter

    Публикаций: 779
    Комментариев: 148
    Цитата: HeavyGait
    Вероятно, речь идёт о том

    И это тоже, но самая соль этой штуки несколько в другом. Она заключается в проблеме отвода от поверхности образовавшегося газа, водорода, и обеспечения доступа туда новой порции воды. Если поверхность равномерная - то газ будет отводиться от нее тоже равномерно, а в случае присутствия каких-либо углублений и или выпуклостей где-то газ выделяется интенсивней, а где-то вообще контакта с водой нет и в результате эффективная поверхность как-бы уменьшается.

    Так что здесь не только в геометрии дело, но и в физике тоже.
        
    25 января 2013 16:39
    #4 Написал: mkz

    Публикаций: 0
    Комментариев: 112
    А чего-бы им не устроить реакцию воды с щелочными металлами? Что их восстанавливать, что получать кремниевые сферические микрочастицы - какая разница?
        
    25 января 2013 21:25
    #5 Написал: volod

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1489
    mkz, сколько кремний и сколько щелочной металл стоит?
    Но вопрос резонный, щелочной активный металл не нужно так измельчать.
        
    25 января 2013 22:21
    #6 Написал: VanoSanturi

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Ну вот вы подумайте - что проще - контролировать реакцию (скорость, поток) с кремнием или же с металлами, которые так и норовят воспламениться. А если будет нанопорошок (да хотя бы стружка) - будет просто взрыв... Если кто позабыл химию... Так что предложение насчет щелочных металлов - полнейших абсурд...
        
    26 января 2013 14:03
    #7 Написал: mkz

    Публикаций: 0
    Комментариев: 112
    volod,
    Сколько стоит кремний для изготовления микрочипов или солнечных панелей? Дорого. Хотя песка вокруг - завались. А тут сферические микрочастицы (определенного диаметра?) надо изготавливать. И на дорогу их пойдет побольше (по массе и весу), чем такое-же количество бензина. Вот и прикинь, во сколько тебе обойдется поездочка.

    VanoSanturi,
    Стружку и нанопорошок из щелочных металлов - это вам что навеяло? Я такого не предлагал. Хотя может это и здравая идея, микродозами впрыскивать их в воду, для контроля за количеством произведенного водорода. Хотя я думал просто - засовывать стержень в воду с определенной скростью. А после поездки - на заправке слить оставшуюся воду и натрий/калий, и восстановить их обратно до состояния металла. Только если бы это было реально - уже давно бы использовали.
        
    26 января 2013 20:02
    #8 Написал: volod

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1489
    Какие еще поездки, сказали же для раций и ноутов т.к. дорого да еще наверное не экологично.
    mkz, не путай порошок для смести с водой и исключительно чистый кремний для чипов, который по сути один кристалл, который потом пилят.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.