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    Creare celle a combustibile più durature

    Un team di ingegneri della Washington University di St. Louis ha sviluppato un nuovo modo di guardare all'interno delle celle a combustibile, nel tentativo di prevenire l'ossidazione che può ridurne la durata. Credito:Washington University di St. Louis

    Le celle a combustibile potrebbero un giorno generare elettricità per quasi tutti i dispositivi alimentati a batteria, comprese le automobili, laptop e cellulari. Tipicamente usando l'idrogeno come combustibile e l'aria come ossidante, Le celle a combustibile sono più pulite dei motori a combustione interna perché producono energia tramite reazioni elettrochimiche. Poiché l'acqua è il loro prodotto principale, riducono notevolmente l'inquinamento.

    Un problema che influisce sulla durata della cella a combustibile è l'ossidazione, o rottura, della sua membrana elettrolitica centrale. Il processo porta alla formazione di fori nella membrana e alla fine può causare un cortocircuito chimico.

    Un team di ingegneri della Washington University di St. Louis ha sviluppato un nuovo modo per esaminare la velocità con cui si verifica l'ossidazione. Utilizzando la spettroscopia di fluorescenza all'interno della cella a combustibile, sono in grado di sondare la formazione delle sostanze chimiche responsabili dell'ossidazione, vale a dire radicali liberi, durante l'operazione. La tecnica potrebbe essere un punto di svolta quando si tratta di capire come si decompongono le cellule, e la progettazione di strategie di mitigazione che allungherebbero la durata della cella a combustibile.

    "Se acquisti un dispositivo, un'auto, un telefono cellulare:vuoi che duri il più a lungo possibile, " ha detto Vijay Ramani, il Roma B. e Raymond H. Wittcoff Distinguished Professor di Environment &Energy presso la School of Engineering &Applied Science. "Sfortunatamente, i componenti di una cella a combustibile possono degradarsi, e non è una soluzione facile. Quello che fa la nostra nuova ricerca è davvero far luce su una delle modalità con cui questi dispositivi possono fallire, permettendoci di capire i metodi in modo da poter migliorare la durata dei dispositivi che utilizzano queste celle a combustibile".

    La ricerca, pubblicato quest'estate sulla rivista ChemSusChem , è il primo ad utilizzare un approccio in situ per esaminare le membrane interne della cella a combustibile. Un colorante fluorescente viene incorporato e utilizzato come marker per accertare la velocità con cui vengono generati radicali liberi dannosi durante il funzionamento.

    "Utilizzando la spettroscopia a fluorescenza in combinazione con una fibra ottica, possiamo quantificare i radicali liberi ossidativi generati all'interno della cella a combustibile, che lavorano per abbattere le membrane, " disse Yunzhu Zhang, un dottorando nel laboratorio di Ramani, e coautore dello studio.

    Una volta che sono stati in grado di osservare il funzionamento interno della cella a combustibile, i ricercatori hanno notato che più debole è la luce emessa dalla membrana della cella a combustibile, maggiore è la rottura che avviene dall'interno.

    "Possiamo vedere questo processo che si verifica in tempo reale, " disse Shrihari Sankarasubramanian, un ricercatore post-dottorato che ha assistito al progetto.

    Fino ad ora, i ricercatori che hanno esaminato la rottura delle celle a combustibile si sono affidati alle emissioni della cella per determinare quali reazioni chimiche potrebbero essere state responsabili della rottura della membrana. Dicono che questo nuovo approccio consente loro di concentrarsi sui fattori che si verificano all'interno per una migliore valutazione.

    "Dal momento che i radicali liberi che causano la degradazione della membrana delle celle a combustibile sono così di breve durata, e le membrane di scambio anionico sono così sottili, il nostro nuovo approccio in situ è ​​la chiave per uno studio migliore, comprendere e prevenire le rotture chimiche che si verificano durante il funzionamento delle celle a combustibile, "ha detto Javier Parrondo, un ricercatore post-dottorato e coautore di ricerca.

    "Il prossimo passo è introdurre sostanze chimiche antiossidanti all'interno delle membrane delle celle a combustibile, per vedere se possono ridurre la velocità con cui queste membrane si rompono, " ha detto Ramani.


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