Entwicklung einer Wasserstoffbrennstoffzelle durch "Integration des Wasserstoffspeichers in die Solarenergieerzeugung"

Sandwiches, viele von uns haben probiert, aber die heutige Sichtbarkeit der Technologie ist "Sandwich" erstaunlich. Es kann unsere traditionelle energiespeicherbatterie in ein kleines Kraftwerk verwandeln, und der größte Unterschied zu herkömmlichen Batterien besteht darin, dass es auch eine saubere Energiequelle ist.

Eine kürzlich vom Forscherteam der Universität für Wissenschaft und Technologie in China durchgeführte Studie hat gezeigt, dass die Verwendung von Graphenmaterial als "Behälter" und die Verwendung einer Struktur ähnlich einem "Sandwich" das Problem der sicheren Wasserstoffspeicherung unter hoher Wasserstoffspeicherung lösen soll Raten und kostengünstige Wasserstoffsammlung, was zur Entwicklung von Wasserstoffbrennstoffzellen beiträgt. Die dazugehörigen Arbeiten der Studie wurden in der Fachzeitschrift Nature Newsletter veröffentlicht.

Wasserstoff ist dreimal heißer als Benzin.

Wasserstoffenergie wird als saubere Energiequelle anerkannt. Bereits in den 1970er Jahren wurde das Konzept der "Wasserstoff-Energiewirtschaft" vorgeschlagen. In einfachen Worten, es sieht die Verwendung von Sonnenlicht zur Förderung der Wasserstoffproduktion und die Verwendung von Wasserstoff als Medium (Vorbereitung, Lagerung, Transport und Umwandlung) vor, um das bestehende Ölwirtschaftssystem zu ersetzen und damit das Ziel der Umwelterneuerung zu erreichen.

Für die Vorteile der Wasserstoffenergie erwähnte der Kommunikationsautor des obigen Papiers, Professor Jiangjun von der Fakultät für Chemie und Materialwissenschaften der Universität für Wissenschaft und Technologie in China, drei Punkte: Erstens ist der Wasserstoffgehalt hoch. Mit Ausnahme von Kernbrennstoffen beträgt der Wasserstoff-Heizwert derzeit alle Brennstoffe. Der höchste Wert ist dreimal so hoch wie der von Benzin. Die hohe Energie von Wasserstoff macht Wasserstoff zu einem der wichtigsten Brennstoffe für Antriebsraumfahrzeuge. Zweitens ist Wasserstoff eine saubere Energiequelle, die selbst ungiftig ist. Das Verbrennungsprodukt ist wasserfrei und kann recycelt werden. Drittens ist auch die Wasserstoffquelle sehr umfangreich. Neben der Produktion von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen wird allgegenwärtiges Wasser auch als "Wasserstoffmine" bezeichnet.

Derzeit basiert die Anwendung von Wasserstoff auf Brennstoffzellen. Das Konzept der Brennstoffzellen wurde erstmals 1839 von William Grove, einem britischen walisischen Wissenschaftler, vorgeschlagen. Brennstoff und Luft wurden zu Brennstoffzellen geschickt und Elektrizität erzeugt. Es betrachtet positive und negative Pole und Elektrolyte von außen wie eine Batterie, kann aber im Wesentlichen keinen "Strom speichern", sondern ein "Kraftwerk".

Der Hauptunterschied zwischen Wasserstoffbrennstoffzellen und normalen Batterien besteht darin, dass Trockenbatterien und Batterien energiespeicher sind, die elektrische Energie speichern und bei Bedarf abgeben. Die Wasserstoffbrennstoffzelle ist ausschließlich ein Stromerzeugungsgerät, das chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt.

Die Kosten und die Sicherheit von Wasserstoff sind weiterhin begrenzt

Experten wie Associate Professor Zhaoyongzhi vom Department of Chemical Engineering and Biological Engineering der Zhejiang University glauben, dass die Anwendung von Wasserstoff in Bereichen wie Brennstoffzellenfahrzeugen, dezentrale Stromerzeugung und Notstromversorgung sich der Industrialisierung nähert.

Bei Fahrzeugen mit Wasserstoffbrennstoffzellen ist die japanische Forschung "sehr früh" gegangen, wie beispielsweise Toyotas sogar experimentelles Wasserstoff-Brennstoffzellenauto Mirai, das in kleinen Mengen auf dem Markt verkauft wurde. In China wird auch die Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen genau verfolgt. Während der Olympischen Spiele in Peking, der Shanghai World Expo, der Guangzhou Asian Games und der Shenzhen Universiade hat China Demonstrationsprojekte für Brennstoffzellenfahrzeuge gestartet.

Professor Lijianqiu vom Department of Automotive Engineering der Tsinghua University geht davon aus, dass inländische Brennstoffzellenfahrzeuge bis 2020 etwa 10.000 Demonstrationsarbeiten durchführen werden. Ab 2025 wird die Produktion von Brennstoffzellenfahrzeugen mit einer Rate von 100.000 Fahrzeugen pro Jahr erheblich zunehmen. Erhöhen, ansteigen.

Kosten- und Sicherheitsüberlegungen bleiben jedoch unvermeidlich. Zum Beispiel sagte Zhengjunsheng, ein assoziierter Forscher an der School of Automobile der Tongji-Universität, einmal, dass hohe Batteriepreise einer der Engpässe sind, die die Entwicklung von Fahrzeugen mit Wasserstoffkraftstoff einschränken. Er erklärte, dass der Katalysator für Wasserstoffbrennstoffzellen Platinmetalle sind, die teuer sind, und dass technologische Fortschritte zwar ihre Verwendung erheblich reduziert haben, die Kosten für Wasserstoffbrennstoffzellen jedoch immer noch begrenzen. Aufgrund der besonderen Schwierigkeiten bei der Speicherung und dem Transport von Wasserstoff haben die hohen Kosten der Wasserstofftankstelle als wichtige Infrastruktur für Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge ihre Förderung eingeschränkt.

"Verteilte Stromerzeugung" bezieht sich im Allgemeinen auf kleine Stromerzeugungsgeräte, die von Endnutzern (Fabriken, Handelsunternehmen, öffentliche Gebäude, Nachbarschaften, private Haushalte) integriert oder isoliert sind. Gegenwärtig wird die dezentrale Stromerzeugung auf Basis von Brennstoffzellen zunächst in Europa, Amerika, Japan und Südkorea kommerzialisiert.

Darüber hinaus weisen Wasserstoffbrennstoffzellen als Notstromversorgung die Eigenschaften einer hohen Energieeffizienz, einer umweltfreundlichen Umgebung, einer kleinen Fläche, einer leichten Qualität, eines stabilen und zuverlässigen Betriebs und einer langen Lebensdauer im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien auf. Es wurde auch vom Notstrommarkt bevorzugt. Derzeit ist es im Bereich der Kommunikation nicht ungewöhnlich, Brennstoffzellen als Notstromversorgung zu verwenden. Beispielsweise haben die drei großen Telekommunikationsbetreiber in China bereits eine Notstromversorgung für Brennstoffzellen in Betrieb genommen.

Eine effiziente Wasserstoffspeicherung ist eine Bedingung für die weit verbreitete kommerzielle Verwendung von Brennstoffzellen, so ein Artikel von Tyr Tyr, Ph.D. in Physik an der Universität Lanzhou. Bei den meisten Wasserstoffspeichermethoden, einschließlich Kompression, Verflüssigung und Metalloxiden, ist es jedoch schwierig, die Mindeststandards für den vollständigen Ersatz fossiler Brennstoffe zu erfüllen.

Für Wasserstoffbrennstoffzellen besteht eine weitere Idee für Wissenschaftler darin, Wasserstoff physikalisch oder chemisch zu adsorbieren, um feste Substanzen wie Metallhydrid mit Metallatomen und chemisches Hydrid mit organischen Molekülen zu bilden. Darüber hinaus ist die Verwendung von großflächigen Materialien wie Fullerenen, Graphen und anderer Adsorption eine Denkweise.

Sichere Wasserstoffspeicherung mit Graphen

Im Jahr 2004 haben Professor Andelie · haimu und Dr. Kangsitanding · nuowoxiaoluofu von der Universität Manchester im Vereinigten Königreich wiederholt hochgerichteten pyrolytischen Graphit mit Klebeband abgestreift, um stabiles Graphen zu erhalten. Aufgrund der hervorragenden elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften von Graphen sowie der breiten Anwendungsaussichten von Graphen wurden sein Entdecker Nuowoxiaoluofu und David Schneider mit dem Nobelpreis für Physik 2010 ausgezeichnet.

Nach der erfolgreichen Herstellung von Graphen untersuchte und bestätigte das Heim-Team weiter, dass Graphen Protonen durchdringen kann. Dies bedeutet, dass Wasserstoff in der Luft zu Brennstoffzellen verarbeitet werden kann, Strom und Wasser erzeugt und zu einer kohlenstofffreien, umweltfreundlichen revolutionären Umweltenergie wird .

Jiangjun sagte, dass ihre Forschung von der Arbeit von Heim in den letzten Jahren inspiriert wurde: Graphen kann alle Gase und Flüssigkeiten isolieren, aber es kann Protonen "eine Seite öffnen" und sie großzügig freisetzen. Unter Verwendung dieser natürlichen "Soforttür" für Protonen entwarfen Jiangjun und andere eine "Sandwich" -Struktur, bei der Kohlenstoff- und Stickstoffmaterialien in zwei Graphenschichten eingeschlossen wurden.

Diese Sandwichstruktur kann sowohl ultraviolettes als auch sichtbares Licht gleichzeitig absorbieren, den kontinuierlichen Strom von Sonnenlicht nutzen, um positive und negative Ladungen zu erzeugen, die positiven und negativen Ladungen schnell mit Energie zu trennen und zur äußeren Schicht aus Graphen und Kohlenstoff und zu laufen Stickstoff. Schicht, wenden ihre jeweiligen Fähigkeiten voll an: Die Wassermoleküle auf der Oberfläche von Graphen zersetzen sich mit Hilfe positiver Ladungen unter Bildung von Protonen. Diese Protonen können Graphen durchdringen und mit Elektronen unter Bildung von Wasserstoff reagieren. Da nur Protonen Graphen passieren können und der entstehende Wasserstoff Graphen nicht durchdringen kann, bleiben die durch Photodissoziation erzeugten Wasserstoffmoleküle sicher im Sandwichverbindungssystem erhalten. Gleichzeitig können Sauerstoffatome, Sauerstoff, Hydroxylgruppen und andere Substanzen nicht in das komplexe System gelangen, wodurch die Rückreaktion von Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser gehemmt und eine sichere Wasserstoffspeicherung unter hohen Wasserstoffspeicherraten erreicht wird.

Jiangjun sagte, dass in diesem komplexen System nicht nur Graphen- und Kohlenstoff- und Stickstoffmaterialien wie Fullerene, Kohlenstoffnanopartikel und Photokatalysatoren verwendet werden können. Dies hat die Möglichkeit geschaffen, Sonnenenergie-Crackwasser in Wasserstoff umzuwandeln, was wiederum zur großtechnischen Anwendung von Wasserstoff beiträgt.

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