Folje it ûndersteande formulier yn en wy sille jo de PDF-ferzje fan "Nije technologyske ferbetteringen om koalstofdiokside yn floeibere brânstof om te setten" e-postje.
Koalstofdiokside (CO2) is it produkt fan it ferbaarnen fan fossile brânstoffen en it meast foarkommende broeikasgas, dat op in duorsume manier wer omset wurde kin yn brûkbere brânstoffen. Ien beloftefolle manier om CO2-útstjit om te setten yn brânstoffoer is in proses dat elektrogemyske reduksje neamd wurdt. Mar om kommersjeel libbensfetber te wêzen, moat it proses ferbettere wurde om mear winske koalstofrike produkten te selektearjen of te produsearjen. No, lykas rapportearre yn it tydskrift Nature Energy, hat Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) in nije metoade ûntwikkele om it oerflak fan 'e koperkatalysator dy't brûkt wurdt foar de helpreaksje te ferbetterjen, wêrtroch't de selektiviteit fan it proses tanimt.
"Hoewol wy witte dat koper de bêste katalysator is foar dizze reaksje, biedt it gjin hege selektiviteit foar it winske produkt," sei Alexis, in senior wittenskipper yn 'e ôfdieling Gemyske Wittenskippen by it Berkeley Lab en in heechlearaar gemyske technyk oan 'e Universiteit fan Kalifornje, Berkeley. Spell sei. "Us team fûn dat jo de lokale omjouwing fan 'e katalysator brûke kinne om ferskate trúkjes te dwaan om dit soarte selektiviteit te leverjen."
Yn eardere stúdzjes hawwe ûndersikers krekte omstannichheden fêststeld om de bêste elektryske en gemyske omjouwing te leverjen foar it meitsjen fan koalstofrike produkten mei kommersjele wearde. Mar dizze omstannichheden binne yn striid mei de omstannichheden dy't natuerlik foarkomme yn typyske brânstofsellen dy't gebrûk meitsje fan wetterbasearre geleidende materialen.
Om it ûntwerp te bepalen dat brûkt wurde kin yn 'e wetteromjouwing fan brânstofsellen, as ûnderdiel fan it Energy Innovation Center-projekt fan 'e Liquid Sunshine Alliance fan it Ministearje fan Enerzjy, hawwe Bell en syn team har ta in tinne laach ionomer wend, wêrtroch bepaalde laden molekulen (ioanen) troch kinne. Oare ioanen wurde útsletten. Fanwegen har tige selektive gemyske eigenskippen binne se benammen geskikt om in sterke ynfloed te hawwen op 'e mikroomjouwing.
Chanyeon Kim, in postdoktoraal ûndersiker yn 'e Bell-groep en de earste auteur fan it artikel, stelde foar om it oerflak fan koperkatalysatoren te beklaaien mei twa mienskiplike ionomeren, Nafion en Sustainion. It team stelde de hypoteze op dat dit de omjouwing tichtby de katalysator - ynklusyf de pH en de hoemannichte wetter en koalstofdiokside - op ien of oare manier feroarje soe om de reaksje te rjochtsjen om koalstofrike produkten te produsearjen dy't maklik omset wurde kinne yn nuttige gemikaliën. Produkten en floeibere brânstoffen.
De ûndersikers hawwe in tinne laach fan elke ionomer en in dûbele laach fan twa ionomeren oanbrocht op in koperfilm stipe troch in polymeermateriaal om in film te foarmjen, dy't se tichtby ien ein fan in hânfoarmige elektrogemyske sel ynfoegje koene. By it ynjeksjearjen fan koalstofdiokside yn 'e batterij en it oanbringen fan spanning, hawwe se de totale stroom troch de batterij metten. Dêrnei hawwe se it gas en de floeistof metten dy't sammele waarden yn it oanbuorjende reservoir tidens de reaksje. Foar it gefal mei twa lagen fûnen se dat koalstofrike produkten 80% fan 'e enerzjy ferbrûkt troch de reaksje útmakken - heger as 60% yn it gefal sûnder coating.
"Dizze sandwichcoating biedt it bêste fan twa wrâlden: hege produktselektiviteit en hege aktiviteit," sei Bell. It dûbele laach oerflak is net allinich goed foar koalstofrike produkten, mar genereart tagelyk ek in sterke stroom, wat in tanimming fan aktiviteit oanjout.
De ûndersikers konkludearren dat de ferbettere respons it resultaat wie fan 'e hege CO2-konsintraasje dy't sammele wie yn 'e coating direkt boppe op it koper. Derneist sille negatyf laden molekulen dy't sammelje yn it gebiet tusken de twa ionomeren in legere lokale soerheid produsearje. Dizze kombinaasje kompensearret de konsintraasje-ôfwagings dy't faak foarkomme yn 'e ôfwêzigens fan ionomeerfilms.
Om de effisjinsje fan 'e reaksje fierder te ferbetterjen, hawwe de ûndersikers har ta in earder bewiisde technology wend dy't gjin ionomeerfilm fereasket as in oare metoade om CO2 en pH te ferheegjen: pulsearre spanning. Troch pulsearre spanning ta te passen op 'e dûbele laach ionomeercoating, berikten de ûndersikers in ferheging fan 250% yn koalstofrike produkten yn ferliking mei ûncoated koper en statyske spanning.
Hoewol guon ûndersikers har wurk rjochtsje op 'e ûntwikkeling fan nije katalysatoren, hâldt de ûntdekking fan 'e katalysator gjin rekken mei de wurkomstannichheden. It kontrolearjen fan 'e omjouwing op it katalysatoroerflak is in nije en oare metoade.
"Wy hawwe gjin folslein nije katalysator betocht, mar ús begryp fan reaksjekinetika brûkt en dizze kennis brûkt om ús te lieden by it tinken oer hoe't wy de omjouwing fan 'e katalysatorlokaasje feroarje kinne," sei Adam Weber, in senior yngenieur. Wittenskippers op it mêd fan enerzjytechnology by Berkeley Laboratories en mei-auteur fan artikels.
De folgjende stap is it útwreidzjen fan 'e produksje fan coated katalysatoren. De foarriedige eksperiminten fan it Berkeley Lab-team omfette lytse platte modelsystemen, dy't folle ienfâldiger wiene as de poreuze struktueren mei in grut oerflak dy't nedich binne foar kommersjele tapassingen. "It is net dreech om in coating oan te bringen op in flak oerflak. Mar kommersjele metoaden kinne it coaten fan lytse koperen ballen omfetsje," sei Bell. It tafoegjen fan in twadde laach coating wurdt in útdaging. Ien mooglikheid is om de twa coatings te mingen en tegearre yn in oplosmiddel te deponearjen, en te hoopjen dat se skiede as it oplosmiddel ferdampt. Wat as se dat net dogge? Bell konkludearre: "Wy moatte gewoan tûker wêze." Sjoch Kim C, Bui JC, Luo X en oaren. Oanpaste katalysatormikroomjouwing foar elektro-reduksje fan CO2 nei multi-koalstofprodukten mei dûbele laach ionomercoating op koper. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Dit artikel is reprodusearre fan it folgjende materiaal. Opmerking: It materiaal kin bewurke wêze foar lingte en ynhâld. Foar mear ynformaasje, nim dan kontakt op mei de neamde boarne.
Pleatsingstiid: 22 novimber 2021
