937,4
рейтинг
25 августа 2014 в 16:30

Изобретён дешёвый способ электролиза воды

Учёные из Стэнфорда продемонстрировали недорогой способ электролиза воды, то есть разделения H2O на кислород и водород. Для инициации химического процесса достаточно простой батарейки ААА.



Учёные использовали катоды и аноды из никеля и оксида никеля, что позволило значительно снизить напряжение питания.

Стэнфордский опыт — первый в мире, когда для электролиза удалось отказаться от электродов из драгоценных металлов (платина, иридий) и когда процесс идёт на таком низком напряжении.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms5695).



Это очень важное изобретение, потому что оно упрощает технологию изготовления топливных ячеек с водородом. На одной такой ячейке, к примеру, мобильный телефон может работать несколько десятилетий. Если взять для примера автомобиль, то его никогда не нужно будет заправлять топливом (возможно, один раз в два-три года при интенсивном использовании). Немаловажно, что при использовании водородных топливных ячеек единственным побочным продуктом сгорания является вода.
Анатолий Ализар @alizar
карма
678,3
рейтинг 937,4
Редактор
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (101)

  • +1
    >Немаловажно, что при использовании водородных топливных ячеек единственным побочным продуктом сгорания является вода.
    Рекурсия, сэр!
    • +12
      А еще можно вырабатывать электричество, которое можно использовать для зарядки аккумулятора, который нужен для получения водорода, который…
    • 0
      немаловажно, что для этого нужен чистый дорогой водород (получаемый электролизом), использование дешевого водорода (получаемого из метана) приводит к засиранию анода и деградации топливного элемента.
  • +3
    Топливные компании будут против.
    • +1
      Ну отравить всю лабораторию будет сложнее (или что там со Стэнли Мэйером случилось), хотя могут и договориться. :(
      • +16
        Ну отравить всю лабораторию будет сложнее (или что там со Стэнли Мэйером случилось)
        Если «топливные компании» станут травить каждого банального шарлатана типа Стэнли Мэйера, который утверждает что изобрёл что-то похожее на вечный двигатель, они вскоре разорятся только на отраве. Но я бы скинулся немного.
    • +16
      Угу, производители угля остановили нефть, добытчики кремня не дали развернуться тем, кто делал наконечник стрел из бронзы…
      Вот почему в каждой такой теме появляется «умный» коментарий про страшные компании, которые тормозят прогресс.
      • 0
        Да я только за развитие и прогресс! Причём раньше задавить новую идею было проще. Сегодня есть кикстартер, да и рынок более развит. Так что есть шанс, что подобные идеи не сгниют, а наоборот. Но никто не хочет терять деньги, так что борьба будет точно.
        • –1
          Тот комментарий не был сарказмом над Хабром?

          *ушёл чинить детектор*
      • +9
        Производители угля купили нефтяные скважины. Добытчики кремня вымерли при нападении владельцев бронзовых наконечников. Люди кончервативны. Старое умирает только вынужденно.
        • +6
          Эпичная у вас опечаточка вышла…
        • 0
          А табачные компании вложились в электронные сигареты.
          Прогресс никто не может остановить.
      • 0
        Вот почему в каждой такой теме появляется «умный» коментарий про страшные компании, которые тормозят прогресс
        хз про компании, но отдел в каком то НИИ в России (вот к сожалению не запомнил, может красноярск/краснодар/… — источник информации 'та еще бабушка сказала') буквально ~5 лет назад, разогнали и припугнули чтобы не занимались разработками в альтернативной энергетике (у них было что то с водородом, толи абсорбирование в металле, толи еще какие альтернативные способы хранения, были позже публикации но уже скорее всего не от них).

        Собственно логично, в стране, где сделана ставка на угле/нефте-энергоносители, странно чтобы эта страна финансировала освобождение из этой кабалы :)
  • +8
    И почему никто раньше не догадался использовать никель? Это довольно распространненый метал, да и опыт не сложный.
    • +44
      Как обычно, все немного сложнее. Если почитать оригинальную статью, то у них там какая-то сложная нано-структура на углеродных нанотрубках и никеле, вроде как комбинация двух уже известных, но не так хорошо работающих нано-структур. Ниже картинка из оригинальной статьи. Их структура—это а), ​NiO/Ni-CNT, а две другие, на основе которых они сделали свою—b) и с), соответственно (NiO/CNT и ​Ni/CNT).
      .
  • +12
    Я правильно понимаю, что в статье ничего не говорится о увеличении КПД электролиза, таким образом, основная проблема — двойное преобразование электричества сначала в водород, а потом при помощи топливной ячейки обратно в электроэнергию — сохраняется? То есть профит только в отказе от электродов с содержанием драгметаллов при производстве водорода из воды.
    • +1
      еще в снижении напряжения, необходимого для процесса
      • +2
        И в чем преимущество от снижения напряжения?
        По-моему в промышленных масштабах при прочих равных наоборот, выгоднее повышать напряжение с тем, чтобы понизить ток и меньше терять на нагреве.
        • +3
          При прочих равных, если для электролиза требуется определенное количество электричества, при низком напряжении энергии потребуется меньше.
          То есть, можно предположить, что такой электролиз потенциально может иметь более высокий КПД.
          • +8
            Если перефразировать, вы сейчас сказали, что, уменьшив силу напора воды из шланга, потребуется меньше воды, чтобы налить ванну.
            Или я Вас не понял? Что такое «количество электричества» и что такое «энергия»?
            • +2
              Количество электричества — другое название для электрического заряда :)
              • 0
                Только сейчас(точнее через 5 минут после написания предыдущего комментария, но писать могу раз в час) вспомнил первый закон Фарадея и понял что «количество электричества» это электрический заряд. Сказать честно, крайне редко встречал такую(«количество электричества») формулировку, по-этому аж покоробило, первая ассоциация была именно с энергией.
            • +2
              Количество электричества — это количество электронов. Измеряется в штуках.

              Энергия — первый интеграл движения системы.

              Не надо путать ЛЭП (Которая из себя представляет тупо резистор. Чем меньше ток — тем меньше нагрев.) и электролиз. Чем больше ток — тем быстрее идёт электролиз.

              Но на энергии тут не выиграть, потому что энегрия всё равно по большей части как раз на то и тратится, чтобы запихать электроны в дырки.

              Вообще, результат очень крутой, но боюсь, применение у него будет только в случае если получившийся водород можно будет сразу преобразовывать в гелий. (термоядерный процесс) А иначе это просто крутой академический результат. В ноутбук водородный движок не запихаешь — это же всё равно будет ДВС, либо паровая машина.
              • 0
                Если для протекания процесса нужно перемещение Н электронов, то при более низком напряжении будет потрачено меньше энергии. По-моему выходит так.

                А в ноутбук можно топливную ячейку запихнуть. У нее на выходе электричество и водичка.
              • 0
                >В ноутбук водородный движок не запихаешь — это же всё равно будет ДВС, либо паровая машина.
                Топливный элемент — Википедия
            • 0
              Если грубо — то количество штучек электронов прошедших через раствор. Закон сохранения энергии не обманешь. К.п.д. всё равно будет меньше 100%. Есть минимальное напряжение для данной реакции. Обычно требуется приложить большее. Суммарный ток при этом остаётся тем же, но энергия разная из-за разного напряжения. Вот инвертированный пример: — батарейка даёт 1,5 В напряжения(на самом деле побольше). Она может давать меньше, но это будет плохая батарейка. В реальности, я думаю речь идёт об увеличении к.п.д., в лучшем случае на 2%.
          • +1
            Я исходил из того, что для получения единицы газа потребуется выполнить ту же, что и раньше работу, вне зависимости как и в каких единицах измерить. Учитывая, что не обещают улучшения КПД, скорее так и есть. Но обещают меньшее напряжение для реакции. Вот мне и интересно, что на практике это даст.
    • +2
      Главное преимущество тут не в энергоэффективности, а в способе хранения энергии. Предположительно, водородные ячейки сохраняют больше энергии на единицу массы, чем современные аккумуляторы и топливо.
  • +2
    предполагаю, дальше они хотят упростить обратный процесс — электричество из водорода без платины.
  • 0
    а где вы собираетесь брать оксид никеля? никель то ок
  • +31
    За последние пару лет была целая куча репортажей о том что научились добывать энергию/топливо чуть-ли не из камней, что придумали супер-аккумуляторы с плотностью хранения энергии почти на уровне бензина, но все они оставляют лёгкое чувство горечи от взгляда на смартфон, который с трудом доживает до вечера.
    Требую репортаж о выходе этих технологий на массовый рынок!
    • +19
      Тише, а то за вами выедет бензовоз.
    • +3
      С водородом — то же самое. Отличное топливо, но очень проблемное при хранении.
      • +1
        ну вот потому и всё время придумывают варианты для получения водорода на месте
        • +2
          И все они сводятся к Большой Батарейке :-( Или негодны по причине малого удельного выхода. Или невозможности использовать отходы реакции.
    • +11
      Я думаю, надо еще делать поправку на журналистов и пиар, в оригинальных статьях все описывается гораздо скромнее. Вот даже и
      комикс есть
      image
  • +4
    Я чего-то забыл уже, но мне всегда казалось что для начала электролиза нужно напряжение порядка единиц вольт? Эффективные электролизеры воды, например, были у нас в лабах еще в начала 2000х: один девайс размером с сигаретную пачку успешно обеспечивал весь корпус водородом.
    • 0
      Видимо потребности корпуса в водороде были довольно скромны.
      • 0
        Десятки литров, если я ничего не путаю.
        • 0
          При каком давлении? В секунду? В день? В месяц? От этого многое зависит.
          • 0
            Давление низкое, в сутки.
            • +1
              Низкое — видимо близкое к атмосферному в данном случае. Десятки литров — это примерно единицы молей, число Фарадея (96500 кулонов на моль при валентности=1) очень близко к числу секунд в сутках. Поэтому ампер через такую ячейку примепрно равен 10 литрам в сутки, единицы ампер при постоянной работе вполне «тепличная» величина для электролизной ячейки размером с сигаретную пачку.
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • +5
    Текст какой-то несвязный.

    1. Усовершенствован метод электролиза, с помощью которого добывают водород. Причём тут топливные ячейки, которые его тратят?
    2. «при использовании водородных топливных ячеек единственным побочным продуктом сгорания является вода». Какое такое сгорание в топливных ячейках?!
    • 0
      Видимо имелось в виду окисление водорода.
  • +5
    Электролиз идет при любом напряжении, достаточно насыпать в стакан ложку соды и опустить два гвоздя с подведенным постоянным током.
    Но все равно использовать электричество для производства водорода будет крайне дорого, гораздо дешевле восстанавливать углем либо природным газом.
    • 0
      Cотовые телефоны на угле или природном газе вряд ли будут пользоваться популярностью.

      Насколько я понял смысл в том, чтобы заряжать топливные элементы от сети (как аккумуляторы) вместо того, чтобы их выбрасывать (как обычные батарейки).
    • 0
      И что будет потом с этими гвоздями?
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • +1
        Гвозди быстро растворяются. Вообще, электроды из любых металлов, до которых я мог дотянуться в детстве, растворялись за несколько минут. Ситуацию неожиданно исправил графит, который используется в токосъемниках троллейбусов. Контакты из графита не разлагались, так что в перспективе это обеспечило бы меня водородом для любых, даже самых разрушительных опытов, если бы папин блок питания не сгорел…
  • +6
    А при чём тут напряжение? Скорость электролиза зависит от тока, ток — да, зависит от напряжения, но только через сопротивление раствора. А оно, по-моему представлению, от электродов не должно зависеть. Именно поэтому при электролизе добавляют электролит, увеличивающий проводимость, а электроды выбирают лишь бы были химически инертными.

    Каким образом с новыми электродами достигается повышение плотности тока при прежнем сопротивлении раствора?
    • +2
      Вот именно, я тоже посидел погуглил, потому как с институтской скамьи помню, что количество вещества пропорционально количеству тока, ну или количеству заряда (закон Фарадея).
      Максимум, что они могли сделать — это либо увеличить выход, или же просто изобрели дешёвые электроды.
      • 0
        Наноэлектроды дешевле двух стальных гвоздей?
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • +1
        Ну как вы не понимаете? В обычном электролите перемещаются электроны. А если сделать катод и анод особенным способом — то будут перемещаться не только электроны, но и дырки, что даст вдвое больше водорода из одного и того же количества воды!
        • 0
          если начнут двигаться и дырки, то ток будет в 2 раза (ну почти) больше… называется это электрон-дырочная проводимость. На сколько я помню это относится к полупроводникам, а ток в растворе обусловлен движением ионов… ну если назвать катионы — дырками а анионы — электронами, тогда да.
        • 0
          Это ж каким таким особенным способом нужно делать катод и анод, что бы из одного количества вещества получилось в два раза больше? Откуда оно возьмётся?
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            • 0
              Да, что-то у меня сегодня детектор клинит с самого утра. Спасибо
      • 0
        Энергия пропорциональна произведению тока и напряжения. Если при неизменном токе напряжение уменьшить, энергия тоже уменьшится (а КПД, соответственно, возрастёт).
    • 0
      Увеличить площадь контакта с жидкостью при неизменном объеме жидкости. Это уменьшает сопротивление между электродами. Подобную проблему пытаются решить в ионисторах.
  • 0
    Несколько смущает общая концепция: если добывать водород стационарно (удешевлять современную технологию) и заправляться им, то нас ожидают славные Гинденбурги. Если добывать его «на ходу» возя в топливном баке воду, то проще эту электроэнергию сразу подать на электродвигатель. Разве что в реактивных двигателях это может иметь смысл, да и то как-то…
    • +1
      Кстати, автомобиль на водороде уже был — Honda FCX Clarity
      • 0
        А ещё был вариант от BMW, где водород сжигался, но с выхлопом грязнее чем от бензина.

        Оба варианта в серию не пошли
        • 0
          А как можно грязно сжечь водород?
          • 0
            В выхлопе этих автомобилей содержится CO2 видимо больше, чем в выхлопе обычных бензиновых.
            • +1
              А откуда там углерод?
              • 0
                Кстати, да, логично :-D Что-то не подумал…
              • +3
                От бензина, ко торый использовался для работы генератора, который вырабатывал электричество для производства водорода.
          • 0
            Чисто его можно сжечь только с чистым кислородом, а его сжигали с воздухом. Какие-то нехорошие соединения с азотом в процессе возникали, насколько помню.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • +5
        А если еще почитать о возможных причинах аварии (основная — механическое повреждение (разрыв) одной из секций, альтернативная — взрыв мины (!)) — то становится понятно, что при нормальной организации процесса опасность минимальна.
      • +2
        Ну если бы титаник затонул в порту, то спаслись бы почти все.
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          • +1
            Используя современные материалы можно вполне построить хороший дирижабль. На гелии, с углепластиковыми и кевларовыми конструкциями. Я бы на таком с удовольствием полетал через атлантику.
        • 0
          Я просто оставлю это здесь.
  • –3
    Возможно мы не поняли смысл статьи, потому что заявляется буквально о том, что преодолен закон сохранения энергии, а именно: энергия затрачиваемая на разрыв молекулярных связей в молекуле воды меньше, чем на их восстановление при окислении водорода.
    • +1
      Новая версия закона — затраты энергии на производство электродов, проводов, батарейки, бадейки больше получаемой.
    • –1
      Погуглите «резонансный электролиз воды» и «ячейка Мейера». Этой технологии уже лет 30, если не больше.
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • –2
          Да ладно, на Ютубе полно роликов с демонстрацией этой технологии. Другой вопрос, что она не получила широкого распространения, поскольку требует довольно специфических и дорогостоящих комплектующих, чтобы приносить ощутимый профит в домашних условиях. Одно время было интересно, перечитал кучу статей на эту тему, в итоге у всех все упирается в необходимость особой стали для электродов, нехватку качественных генераторов СВЧ-излучения и многое другое.
          • +4
            Да ладно, на Ютубе полно роликов с демонстрацией этой технологии.
            Каких только роликов там нету, вплоть до вечных двигателей. Факт остаётся фактом — КПД заявленный никто получить не смог, получается обычный электролиз. Вы же, судя по тому, что изначальный ваш ответ про ячейку Мейера был на комментарий
            потому что заявляется буквально о том, что преодолен закон сохранения энергии, а именно: энергия затрачиваемая на разрыв молекулярных связей в молекуле воды меньше, чем на их восстановление при окислении водорода
            вроде как косвенно заявляете об обратном. Будто действительно можно порвать молекулу за меньшую энергию, чем потом выделится при обратном окислении.
  • +1
    Илону Маску это понравится :-)
    • 0
      Ракета на батарейках? )
      • 0
        Не, я тогда имел ввиду для электрокаров Tesla Motors.
  • +2
    Насколько помню, количество выделившегося при электролизе вещества прямо пропорционально прошедшему через воду заряду.
    Электроды не участвуют в формуле.

    Возможно, речь идет о том, что прорыв в том, что можно многократно сократить размер пластин при той же газоотдаче.
  • +1
    >> На одной такой ячейке, к примеру, мобильный телефон может работать несколько десятилетий.

    Если бы это было так, то выпускали бы мобилу с одной такой ячейкой в продажу, все равно мобилу максимум пару лет используют. В общем, не верю я в эту фразу.
    • +2
      Будет стандарт для ячеек — свою старую ячейку будете вставлять в новый телефон )
  • +6
    Если взять для примера автомобиль, то его никогда не нужно будет заправлять топливом (возможно, один раз в два-три года при интенсивном использовании)

    Если 25 литров бензина в день — «интенсивное использование». То два года это 18 тонн бензина.
    Удельная теплота сгорания газообразного водорода — 120, бензина — 40 МДж/кг. Разница всего в три раза. Что-то не сходится.
    • 0
      Топливом заправлять не надо, надо будет только воду заливать(она не топливо!) и заряжаться электричеством.
      • 0
        да, интересно, видимо авторами предполагается что вода бесплатная и заливается сама? как бы она дороже бензина не стала (с учетом что в отличие от бензина вода еще и жизненно необходима нам самим) ведь соленая вода скорее всего будет непригодна в технических целях, а количество пресной медленно но верно уменьшается
        • 0
          Наверно, можно устроить замкнутый цикл — тогда воду надо будет только доливать, когда она испарится из батареи через микротрещины.
          • +3
            «Воды нет, всю воду в луц переработали» (с)
        • 0
          Уже давно как научились опреснять.
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            • 0
              Воду дома можно дистиллировать. Это ж не бензин и не метан/пропан/бутан делать. =)

              А электричество — ветрогенератор/солнечная панель. Даже солнцем испарять и конденсировать.
              • 0
                Скорость дистилляции какая будет? Сколько энергии на это уйдёт?
                • 0
                  Фильтр обратного осмоса (тот, что воду чистит) использует напор воды. 1 часть чистой воды на 5 частей воды с примесями (обычно её в канализацию сливают или в ведро — для технических нужд, мойки пола). 10 литровый накопитель наполняется часов за 5. Есть накопители и на 60 литров. Есть расходники в виде фильтров. Конечно, на создание давления в водопроводе тратится какая-то энергия. Но ведь не вся вода в топливной ячейке пропадает? Обратный процесс с генерацией воды считай создает дистиллированную воду =). Нужно только восстанавливать потери утечки.

                  Если использовать солнце, испаряя воду, а конденсат собирать на теневой стороне дом — то нисколько.

                  • 0
                    Ясно, спасибо. Знать бы ещё расход. Если за час будут расходоваться менее двух литров полученной очищенной воды (насколько менее — зависит от того, сколько воды из водопровода будет идти на другие нужды), то в целом сценарий очистки воды для «заправки» топливных элементов можно считать реальным.
  • +2
    Неуж-то они наконец-то вспомнили основы химии?

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.