Физики создали расщепитель воды на водород и кислород в невесомости
Поиск по сайтуНовости 11 июля 2018
Далее
Олег Сабитов Новостной редактор
Олег Сабитов Новостной редактор
Группа ученых из США и Германии создала устройство, способное расщепить воду на водород и кислород в условиях невесомости. Прибор позволит конструкторам кораблей, предназначенных для полетов на Марс и другие планеты, отказаться от установки баков с топливом и воздухом.
Читайте «Хайтек» в
Расщепление воды на водород и кислород с помощью солнечной энергии позволяет получать горючее газовое топливо и воздух для экипажа. Это важнейшие ресурсы для пилотируемых полетов к другим планетам — корабли не способны нести с собой достаточный запас горючего и кислорода для межпланетных полетов.
Ученые пытаются построить прибор для расщепления воды с 1960 года. Однако предыдущие версии устройства нестабильно работали в условиях невесомости: быстро разрушались или загрязнялись. До сих пор физики не проводили испытания устройств в условиях невесомости, поскольку неудачное проектирование прибора может привести к взрыву на борту корабля и гибели экипажа.
Японская компания производит авиатопливо из водорослей
Новости
Исследователи во главе с Хансом-Йоахимом Леверенцом приблизились к решению проблемы. Ученые установили у основания 120-метровой вакуумированной башни катапульту, которая подбросила ячейку из сплава индия и фосфора, сетки из атомов родия и источника света.
Эксперимент показал, что такая структура расщепителя позволяет получать водород и кислород из воды в условиях невесомости. Ученые считают, что доработанная версия прибора позволит создать космические корабли с «вечной» системой жизнеобеспечения.
Ранее НАСА поручила компании BWXT Nuclear Energy разработку ядерного двигателя для космических кораблей. Ожидается, что реактор позволит сократить объем топлива, необходимого для полета, и увеличит скорость кораблей.
Читать ещё
Поздравляем, вы оформили подписку на дайджест Хайтека! Проверьте вашу почту
Спасибо, Ваше сообщение успешно отправлено.
Физики создали расщепитель воды, работающий в невесомости
https://ria.ru/20180710/1524325471.html
Физики создали расщепитель воды, работающий в невесомости
Физики создали расщепитель воды, работающий в невесомости — РИА Новости, 10.
07.2018
Физики создали расщепитель воды, работающий в невесомости
Ученые из США и Германии создали прибор, позволяющий расщеплять воду на кислород и водород в невесомости. Это позволит космическим кораблям, летящим на Марс… РИА Новости, 10.07.2018
2018-07-10T18:07
2018-07-10T18:07
2018-07-10T18:07
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1524325471.jpg?15243249521531235263
сша
германия
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2018
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.
ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
космос — риа наука, сша, германия
Наука, Космос — РИА Наука, США, Германия
МОСКВА, 10 июл – РИА Новости. Ученые из США и Германии создали прибор, позволяющий расщеплять воду на кислород и водород в невесомости. Это позволит космическим кораблям, летящим на Марс или другие планеты, избавится от топливных и воздушных баков, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
5 июля 2017, 14:47
Российские физики создали необычный метод расщепления воды
«Постройка базы на Луне и полеты в дальний космос будут невозможны без создания систем, которые будут преобразовать энергию света Солнца в топливо для двигателей космических кораблей и воздух для экипажа. Еще начиная с 1960 годов, мы пытаемся создать устройство, которое расщепляло бы воду на оба этих ресурса», — пишут Катарина Бринкерт (Katharina Brinkert) из Калифорнийского технологического института в Пасадене (США) и ее коллеги.
За последние годы физики создали множество расщепителей воды, которые разлагают молекулы воды на кислород и водород при помощи света или электрического тока, наиболее удачные версии только приближаются к коммерческой рентабельности. Кроме того, подобные катализаторы в большинстве случаев или разрушаются, или загрязняются при расщеплении воды, что вынуждает ученых разрабатывать далеко не бесплатные методики их регенерации.
Вне зависимости от их коммерческой привлекательности, такие приборы, как отмечает Бринкерт, могли бы стать «сердцем» космических кораблей, путешествующих к Марсу, Луне или к другим планетам. Это позволило бы избавиться от дополнительных баков с расходными материалами, а также систем регенерации воздуха – подобную задачу можно было бы решать, пропуская смесь из водорода и СО2 через определенные катализаторы.
26 ноября 2017, 11:40
Британский химик рассказал, как Земля готовится к жизни после нефти
Проблема заключается в том, что пока никто не проверял, работают ли электрические расщепители воды в невесомости, где на жидкость не «давит» притяжение Земли, а газ не стремится подняться к ее поверхности. Отсутствие таких тестов связано с тем, что неудачи в проектировании таких устройств приведут к взрыву на борту корабля и вероятной гибели его экипажа.
Бринкерт и ее коллеги провели первый эксперимент такого рода, создав своеобразный имитатор невесомости, в который они поместили миниатюрный аналог космического корабля с подобным генератором водорода и кислорода на борту.
Сам «имитатор» представляет собой герметичную башню высотой в 120 метров, в основании которой расположена специальная «катапульта», которая подбрасывает корабль на всю ее высоту и затем «ловит» его, когда он падает назад примерно через 10 секунд.
Во время этого падения ученые включали яркий прожектор, установленный на вершине башни. Его свет питал солнечные батареи на «крыше» корабля, и снабжал энергией экспериментальный расщепитель воды, установленный в его центре.
6 октября 2015, 15:32
Падалка: люди готовы к полету в дальний космос, но не готова техникаРоссийский космонавт Геннадий Падалка считает, что перспективные космические проекты полетов в глубокий космос возможно реализовать только в будущем, поскольку на данный момент соответствующие корабли и тяжелые носители еще не существуют, а только разрабатываются.
Это устройство представляло собой своеобразный «бутерброд» из двух слоев – тонкой пластинки из сплава индия и фосфора, и своеобразной «сетки» из атомов родия, покрывавшей ее.
Как показали эти опыты, подобная структура электрода позволяет пузырькам водорода покидать капли жидкости, что резко повышает КПД работы устройства и уменьшает шансы на то, что водород взорвется или произойдет что-то еще более неприятное.
Успешное завершение эксперимента, как считают Бринкерт и ее коллеги, открывает дорогу для создания космических кораблей с полностью автономной и почти «вечной» системой жизнеобеспечения уже в ближайшее время.
Разделение воды по дешевке
Главная » Энергия » Новости » Дешевая расщепление воды
27 октября 2022 г.
Экспериментальный реактор в Университете Райса использует анод на основе рутения для расщепления воды на водород и кислород без необходимости использования дорогостоящего иридия.
Фото: Джефф Фитлоу/Университет Райса.Создание водородной экономики — непростая задача, но инженеры Университета Райса открыли метод, который может сделать катализ выделения кислорода в кислотах — одну из самых сложных тем в электролизе воды для производства чистого водородного топлива — более экономичным и практичным.
Лаборатория инженера-химика и биомолекулярного инженера Хаотиана Вана из инженерной школы имени Джорджа Р. Брауна Райс заменила редкий и дорогой иридий рутением, гораздо более распространенным драгоценным металлом, в качестве анодного катализатора в реакторе, расщепляющем воду на водород и кислород. . Лаборатория успешно добавила никель к диоксиду рутения (RuO
«Промышленность проявляет огромный интерес к чистому водороду, — сказал Ван. «Это важный энергоноситель, а также важный для химического производства, но его нынешнее производство способствует значительной части выбросов углерода в химическом производственном секторе во всем мире.
Мы хотим производить его более устойчивым способом, и разделение воды с использованием чистого электричества широко признано наиболее многообещающим вариантом».
Иридий стоит примерно в восемь раз дороже, чем рутений, и может составлять от 20% до 40% расходов при производстве коммерческих устройств, особенно при крупномасштабном развертывании в будущем. Процесс, разработанный Ваном, постдокторским сотрудником Райс Чжэнь-Ю Ву и аспирантом Фенг-Янг Ченом вместе с коллегами из Университета Питтсбурга и Университета Вирджинии, описан в статье в Природные материалы .
Расщепление воды включает реакции выделения кислорода и водорода, посредством которых поляризованные катализаторы перестраивают молекулы воды с выделением кислорода и водорода. «Водород вырабатывается катодом, который является отрицательным электродом», — сказал Ву. «В то же время он должен сбалансировать заряд, окисляя воду для получения кислорода на стороне анода».
«Катод очень стабилен и не представляет большой проблемы, но анод более подвержен коррозии при использовании кислого электролита», — сказал Чен.
«Обычно используемые переходные металлы, такие как марганец, железо, никель и кобальт, окисляются и растворяются в электролите.
«Вот почему единственным пригодным материалом, используемым в коммерческих электролизёрах воды с протонообменной мембраной, является иридий. Он стабилен в течение десятков тысяч часов, но стоит очень дорого».
Задавшись целью найти замену, лаборатория Вана остановилась на RuO 2 из-за его известной активности, легируя его никелем, одним из нескольких испробованных металлов.
Исследователи продемонстрировали, что ультрамалые и высококристаллические наночастицы RuO 2 с добавками никеля, используемые на аноде, способствовали расщеплению воды в течение более 1000 часов при плотности тока 200 миллиампер на квадратный сантиметр с незначительной деградацией. Они протестировали свои аноды в сравнении с другими анодами из чистого диоксида рутения, который катализирует электролиз воды в течение нескольких сотен часов, прежде чем начнет распадаться.
В настоящее время лаборатория работает над усовершенствованием своего рутениевого катализатора, чтобы он мог использоваться в текущих промышленных процессах. «Теперь, когда мы достигли этой вехи стабильности, наша задача состоит в том, чтобы увеличить плотность тока как минимум в пять-десять раз, сохраняя при этом такую стабильность», — сказал Ван. «Это очень сложно, но все же возможно».
Он считает, что это срочно. «Ежегодное производство иридия не поможет нам производить то количество водорода, которое нам нужно сегодня. Даже использование всего иридия, произведенного в мире, просто не даст необходимого нам количества водорода, если мы хотим, чтобы он производился с помощью электролиза воды.
«Это означает, что мы не можем полностью полагаться на иридий. Мы должны разработать новые катализаторы, чтобы либо сократить его использование, либо полностью исключить его из процесса».
Эта история адаптирована из материалов Университета Райса с редакционными изменениями, внесенными Materials Today.
Взгляды, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Elsevier. Ссылка на первоисточник.
Поделись этой новостью
Текущие исследования
Фотокатализатор на основе нитрида углерода с пространственным обогащением фотогенерированных носителей, индуцированных внутренним электрическим полем, для улучшенного фотокаталитического расщепления воды
Текущие исследования
Введение фазы C в аддитивно изготовленный Ti-6Al-4V: новый стабилизированный кислородом гранецентрированный кубический твердый раствор с улучшенными механическими свойствами
Том 61, страницы 11–21Q. Чао, X.Y. Цуй, З.Б. Чен, А.Дж. Брин, М. Кабрал, Н. Хагдади, К.В. Хуанг, Р.М. Ню, Х.С. Чен, Б. Лим, С. Примиг, М. Брандт, В. Сюй, С.П. Рингер, X.Z. Ляо
Текущие исследования
Оптимизация диффузионно-индуцированного напряжения за счет повышения поверхностной концентрации лития для монокристаллических многослойных катодов с высоким содержанием никеля Ма, Лей Мин, Ахил Тайал, Бао Чжан, Фэн Ву, Син Оу
Неокрытый
3D Паттерн наноструктур Zno
Том 20, выпуск 7, страницы 392–393Argyro N.
Giakoumaki, George Kenanakis, Argyro Klini, Maria Androulidaki, Zacharias viscadorakis, Maryro Klini, Maria Androulidaki, Zacharias 9000.8.000 -Farsiis, Mariarasi, Mariaros, Mariaros, Mariaros, Mariaros, Mariaros, Mariaros.8.000. катализаторы для расщепления воды | Рис Новости | Новости и связи со СМИ
ХЬЮСТОН — (20 октября 2022 г.) — Создание водородной экономики — непростая задача, но инженеры Университета Райса открыли метод, который может сделать катализ выделения кислорода в кислотах одной из самых сложных тем, связанных с водой. электролиз для получения чистого водородного топлива, более экономичный и практичный.
Лаборатория химика и биомолекулярного инженера Хаотиана Вана из инженерной школы имени Джорджа Р. Брауна Райс заменила редкий и дорогой иридий рутением, гораздо более распространенным драгоценным металлом, в качестве катализатора положительного электрода в реакторе, расщепляющем воду на водород. и кислород.
Экспериментальный реактор в Райсе использует анод на основе рутения для расщепления воды на водород и кислород без необходимости использования дорогостоящего иридия.
Фото Джеффа ФитлоуУспешное добавление никеля к диоксиду рутения (RuO2) в лаборатории привело к созданию надежного анодного катализатора, который производил водород в результате электролиза воды в течение тысяч часов в условиях окружающей среды.
«Промышленность проявляет огромный интерес к чистому водороду, — сказал Ван. «Это важный энергоноситель, а также важный для химического производства, но его нынешнее производство способствует значительной части выбросов углерода в химическом производственном секторе во всем мире. Мы хотим производить его более устойчивым способом, и разделение воды с использованием чистого электричества широко признано наиболее многообещающим вариантом».
Иридий стоит примерно в восемь раз дороже рутения, сказал он, и может составлять от 20% до 40% расходов при производстве коммерческих устройств, особенно при крупномасштабном развертывании в будущем.
Рутений, легированный никелем, оказался надежным катализатором для расщепления воды на водород и кислород.
Анод, разработанный в Rice, предназначен для замены дорогого иридия в промышленных катализаторах. Фото Джеффа ФитлоуПроцесс, разработанный Ваном, научным сотрудником Райс Чжэнь-Ю Ву, аспирантом Фэн-Ян Чен , и их коллегами из Университета Питтсбурга и Университета Вирджинии, подробно описан в Nature Materials.
Расщепление воды включает реакции выделения кислорода и водорода, посредством которых поляризованные катализаторы перестраивают молекулы воды с выделением кислорода и водорода. «Водород вырабатывается катодом, который является отрицательным электродом», — сказал Ву. «В то же время он должен уравновешивать заряд, окисляя воду для получения кислорода на стороне анода».
«Катод очень стабилен и не представляет большой проблемы, но анод более подвержен коррозии при использовании кислого электролита», — сказал Чен. «Обычно используемые переходные металлы, такие как марганец, железо, никель и кобальт, окисляются и растворяются в электролите.
«Вот почему единственным практичным материалом, используемым в коммерческих электролизёрах воды с протонообменной мембраной, является иридий», — сказал он.
«Он стабилен в течение десятков тысяч часов, но это очень дорого».
Задавшись целью найти замену, лаборатория Ванга остановилась на диоксиде рутения из-за его известной активности, легировав его никелем, одним из нескольких опробованных металлов.
Постдокторант Райс Чжэнь-Ю Ву (слева) и аспирант Фэн-Ян Чен являются соавторами исследования, в котором рутений, легированный никелем, был представлен в качестве кандидата на замену дорогого иридия в анодных катализаторах, расщепляющих воду на водород и кислород. Фото Джеффа ФитлоуИсследователи продемонстрировали, что ультрамалые и высококристаллические наночастицы RuO2 с добавками никеля, используемые на аноде, способствовали расщеплению воды в течение более 1000 часов при плотности тока 200 миллиампер на квадратный сантиметр с незначительной деградацией.
Они протестировали свои аноды в сравнении с другими анодами из чистого диоксида рутения, которые катализировали электролиз воды в течение нескольких сотен часов, прежде чем начали распадаться.
Лаборатория работает над усовершенствованием своего рутениевого катализатора, который можно было бы использовать в текущих промышленных процессах. «Теперь, когда мы достигли этой вехи стабильности, наша задача состоит в том, чтобы увеличить плотность тока как минимум в пять-десять раз, сохраняя при этом такую стабильность», — сказал Ван. «Это очень сложно, но все же возможно».
Он считает, что это срочно. «Годовое производство иридия не поможет нам производить то количество водорода, которое нам нужно сегодня», — сказал Ван. «Даже использование всего иридия, произведенного в мире, просто не даст необходимого нам количества водорода, если мы хотим, чтобы он производился с помощью электролиза воды.
На схеме показан экспериментальный электролизер воды, разработанный в Rice для использования рутениевого катализатора, легированного никелем. Иллюстрация Zhen-Yu Wu «Это означает, что мы не можем полностью полагаться на иридий», — сказал он. «Мы должны разработать новые катализаторы, чтобы либо сократить их использование, либо полностью исключить их из процесса».
Боян Ли из Университета Питтсбурга является соавтором статьи. Соавторы: аспирант Райс Пэн Чжу; аспирант Шен-Вэй Ю в Вирджинии; физик Зоу Финфрок из Аргоннской национальной лаборатории; ученый Дебора Мотта Мейра из Аргонны и Канадского источника света; Выпускник Вирджинии Чжоуян Инь; и Qiang-Qiang Yan, Ming-Xi Chen, Tian-Wei Song и Hai-Wei Liang из Университета науки и технологий Китая, Хэфэй. Соавторами являются Сен Чжан, адъюнкт-профессор химии в Вирджинии, и Гуофэн Ван, профессор механики и материаловедения в Питтсбурге. Хаотянь Ван является председателем попечительского совета Уильяма Марша в Rice и доцентом химической и биомолекулярной инженерии.
Исследование проводилось при поддержке Фонда Уэлча (C-2051-20200401), Фонда Дэвида и Люсиль Паккард (2020–71371), Премии Роя Э. Кэмпбелла в области развития факультета, Национального научного фонда (1905572, 2004808), Центр исследовательских вычислений Университета Питтсбурга и передовой источник фотонов Аргоннской национальной лаборатории.
- Рецензируемое исследование
Электрокатализатор не на основе иридия для стойкой кислой реакции выделения кислорода в водном электролизе с протонообменной мембраной: https://www.nature.com/articles/s41563-022-01380-5
- Изображения для скачивания
https://news-network.rice.edu/news/files/2022/10/1024_CATALYST-1-web.jpg
Экспериментальный реактор в Университете Райса использует анод на основе рутения для расщепления воды на водород и кислород без необходимости использования дорогостоящего иридия. (Источник: Джефф Фитлоу/Университет Райса)
https://news-network.rice.edu/news/files/2022/10/1024_CATALYST-2-web.jpg
Рутений, легированный никелем, оказался надежным катализатором для расщепления воды на водород и кислород. Анод, разработанный в Университете Райса, предназначен для замены дорогого иридия в промышленных катализаторах. (Источник: Джефф Фитлоу/Университет Райса)
https://news-network.
rice.edu/news/files/2022/10/1024_CATALYST-3-web.jpgПостдокторский сотрудник Университета Райса Чжэнь-Ю Ву устанавливает экспериментальный реактор, который включает анод на основе рутения для расщепления воды на водород и кислород без необходимости использования дорогостоящего иридия. (Источник: Джефф Фитлоу/Университет Райса)
https://news-network.rice.edu/news/files/2022/10/1024_CATALYST-4-web.jpg
Постдокторский сотрудник Университета Райса Чжэнь-Ю Ву (слева) и аспирант Фэн-Ян Чен являются соавторами исследования, в котором рутений, легированный никелем, был представлен в качестве кандидата на замену дорогого иридия в анодных катализаторах, расщепляющих воду на водород и кислород. . (Источник: Джефф Фитлоу/Университет Райса)
https://news-network.rice.edu/news/files/2022/10/1024_CATALYST-5-web.jpg
На схеме показан экспериментальный электролизер воды, разработанный в Университете Райса для использования рутениевого катализатора, легированного никелем.
(Источник: Чжэнь-Ю Ву/Университет Райса)
- Сопутствующие материалы
Группа Ван: https://wang.rice.edu
Кафедра химической и биомолекулярной инженерии: https://chbe.rice.edu
Инженерная школа Джорджа Р. Брауна: https://engineering.rice.edu
- О рисе
Университет Райса, расположенный на 300-акровом лесном кампусе в Хьюстоне, неизменно входит в число 20 лучших университетов страны по версии US News & World Report. Райс имеет очень уважаемые школы архитектуры, бизнеса, непрерывного обучения, инженерии, гуманитарных наук, музыки, естественных и социальных наук, а также является домом для Института государственной политики Бейкера. С 4240 студентами бакалавриата и 3972 аспирантами соотношение студентов бакалавриата и преподавателей в Райс составляет чуть менее 6 к 1. Его система колледжей-интернатов создает сплоченные сообщества и дружбу на всю жизнь, и это только одна из причин, по которой Райс занимает первое место по количеству взаимодействий между расами и классами и первое место по качеству жизни по версии Princeton Review.