„Pasidaryk pats“ didelio efektyvumo krosnis: Charkovo novatorius pasiūlė naudoti vandens garus (vaizdo įrašas). Sukurtas pigus katalizatorius vandeniliui iš vandens gaminti Vaizdo įrašas: Stanley Meyer kuro elementas

MASKVA, gegužės 11 d. – RIA Novosti. Mokslininkai įrodė, kad nikelis ir boras, pigūs ir lengvai prieinami elementai, gali būti naudojami naujiems vandens skaidymo į deguonį ir vandenilį katalizatoriams gaminti – tai atradimas, kuris gali būti pritaikytas švarioje ateities energetikoje. straipsnis, paskelbtas žurnale Proceedings of the National Academy of Sciences.

Iki šiol veiksmingiausiu iš tokių vandens elektrolizės katalizatorių (skaidymo į deguonį ir vandenilį naudojant elektrą) yra laikoma platina – brangus ir retas metalas, kurio atsargos planetoje yra labai ribotos, todėl daug mokslinių tyrimų. grupės ieško jam pakaitalo.

Anksčiau naujojo straipsnio autoriai – Danielio Noceros grupė iš JAV Masačusetso technologijos instituto – jau įrodė, kad šiems tikslams gali būti naudojami gana dažni ir prieinami metalai – kobalto junginiai. Prieš kiek mažiau nei dvi savaites spaudoje pasirodė pranešimas apie veiksmingo vandens skaidymo katalizatoriaus molibdeno pagrindu gamybą. Nepaisant to, mokslininkai ir toliau ieško naujų junginių, nes komerciniam naudojimui tokie katalizatoriai turi būti ne tik pigūs, bet ir daug veiksmingesni už esamus prototipus.

Jo naujas darbas Noceros grupės mokslininkai aprašo katalizinę sistemą, kuri yra junginys, pagrįstas nikelio ir boro elementais. Jis gali būti padengtas plona plėvele ant bet kokio paviršiaus naudojant elektrą. Ant gauto elektrodo, panardinto į vandeninį boro junginių tirpalą (elektrolitą), kai veikia mažesnė nei dviejų voltų elektros įtampa, vyksta vandens skilimo reakcija, išsiskirianti deguonimi. Tokiu atveju reakcija įvyksta priešingame elektrode, išskiriant gryną vandenilį.

Naujojo katalizatoriaus pranašumas yra tas, kad jį galima gauti iš plačiai prieinamų ir pigių elementų. Be to, jis pasižymi geromis eksploatacinėmis savybėmis, kurios suteikia vilčių, kad panašios katalizinės sistemos ateityje ras komercinį pritaikymą.

Norėdami tai padaryti, mokslininkai turi padidinti tokių katalizatorių galią, „išmokyti“ juos dirbti su įprastu vandeniu nenaudojant papildomų cheminių komponentų kaip elektrolitų, taip pat maksimalus efektyvumas sujungti į vieną įrenginį su saulės elementais.

Tokioje elektrinėje šviesiuoju paros metu pagamintos elektros energijos perteklius gali būti paverstas vandeniliu ir sukauptas naudoti tamsiuoju paros metu. Ši koncepcija reiškia pilną energijos gamybos ir naudojimo smulkiuose ūkiuose ciklą, kuris yra labai patogus ir daug efektyvesnis nei centralizuota energijos gamyba elektrinėse ir tolesnis jos paskirstymas elektros tinklais.

Elektrolizė yra cheminis ir fizinis reiškinys, kai medžiagos skaidomos į komponentus veikiant elektros srovei, plačiai naudojamas pramoniniais tikslais. Remiantis šia reakcija, agregatai gaminami, pavyzdžiui, chlorui arba spalvotiesiems metalams gaminti.

Nuolatinis energijos išteklių brangimas išpopuliarino elektrolizės įrenginius buitiniam naudojimui. Kas yra tokios konstrukcijos ir kaip jas pasidaryti namuose?

Bendra informacija apie elektrolizatorių

Elektrolizės įrenginys yra elektrolizės įrenginys, kuriam reikalingas išorinis energijos šaltinis, struktūriškai susidedantis iš kelių elektrodų, kurie dedami į indą, pripildytą elektrolitu. Šio tipo įrengimas taip pat gali būti vadinamas vandens padalijimo įrenginiu.

Tokiuose vienetuose pagrindinis techninis parametras yra produktyvumas, o tai reiškia per valandą pagaminamo vandenilio kiekį ir matuojamas m³/h. Stacionariuose įrenginiuose šis parametras yra modelio pavadinime, pavyzdžiui, SEU-40 membraninis įrenginys gamina 40 kubinių metrų per valandą. m vandenilis.

Kitos tokių įrenginių charakteristikos visiškai priklauso nuo numatytos paskirties ir įrengimo tipo. Pavyzdžiui, atliekant vandens elektrolizę, įrenginio efektyvumas priklauso nuo šių parametrų:

1. Žemiausio elektrodo potencialo (įtampos) lygis. Normaliam įrenginio veikimui ši charakteristika turi būti 1,8–2 V vienai plokštei. Jei maitinimo šaltinio įtampa yra 14 V, prasminga padalyti elektrolizatoriaus talpą su elektrolito tirpalu į lakštus į 7 elementus. Toks įrenginys vadinamas sausu elektrolizatoriumi. Mažesnė vertė nepradės elektrolizės, o didesnė vertė labai padidins energijos sąnaudas;

1. Kuo mažesnis atstumas tarp plokščių komponentų, tuo mažesnė bus varža, kuri, praeinant didelei srovei, padidins dujinės medžiagos gamybą;
2. Plokščių paviršiaus plotas tiesiogiai veikia našumą;
3. Šilumos balansas ir elektrolitų koncentracijos laipsnis;
4. Elektrodų elementų medžiaga. Auksas yra brangi, bet ideali medžiaga naudoti elektrolizatoriuose. Dėl didelių sąnaudų dažnai naudojamas nerūdijantis plienas.

Svarbu! Kitokio tipo konstrukcijose vertės turės skirtingus parametrus.

Vandens elektrolizės įrenginiai taip pat gali būti naudojami tokiems tikslams kaip dezinfekcija, valymas ir vandens kokybės įvertinimas.

Elektrolizatoriaus veikimo principas ir tipai

Paprasčiausias įrenginys turi elektrolizatorius, kurie vandenį skaido į deguonį ir vandenilį. Jie susideda iš indo su elektrolitu, į kurį dedami elektrodai, prijungti prie energijos šaltinio.

Elektrolizės įrenginio veikimo principas yra tas, kad elektros srovė, einanti per elektrolitą, turi įtampą, kurios pakanka vandeniui suskaidyti į molekules. Proceso rezultatas yra tas, kad anodas gamina vieną dalį deguonies, o katodas – dvi dalis vandenilio.

Elektrolizatorių tipai

Vandens padalijimo įrenginiai būna šių tipų:

1. Sausas;
2. Pratekėjimas;
3. membrana;
4. Diafragma;
5. Šarminis.

Sausas tipas

Tokie elektrolizatoriai turi daugiausia paprastas dizainas(nuotrauka aukščiau). Jie turi ypatumą, ty manipuliuojant elementų skaičiumi, įrenginį galima maitinti iš bet kokios įtampos šaltinio.

Srauto tipas

Šių įrenginių konstrukcija turi vonią, visiškai užpildytą elektrolitu su elektrodų elementais ir baku.

Srauto elektrolizės įrenginio veikimo principas yra toks (iš paveikslėlio aukščiau):

• elektrolizės metu elektrolitas kartu su dujomis per vamzdį „B“ išspaudžiamas į baką „D“;
• konteineryje „D“ vyksta dujų atskyrimo nuo elektrolito procesas;
• dujos išeina per vožtuvą „C“;
• elektrolito tirpalas per vamzdelį „E“ grįžta į vonią „A“.

Įdomu žinoti.Šis veikimo principas sukonfigūruotas kai kuriuose suvirinimo aparatai– išsiskiriančių dujų degimas leidžia suvirinti elementus.

Membranos tipas

Membraninio tipo elektrolizės įrenginio konstrukcija panaši į kitų elektrolizatorių, tačiau elektrolitas yra polimero pagrindu pagaminta kieta medžiaga, vadinama membrana.

Tokiuose mazguose esanti membrana turi dvejopą paskirtį – perneša jonus ir protonus, atskiria elektrodus ir elektrolizės produktus.

Diafragmos tipas

Kai viena medžiaga negali prasiskverbti ir paveikti kitos, naudojama porėta diafragma, kuri gali būti pagaminta iš stiklo, polimero pluošto, keramikos ar asbesto medžiagos.

Šarminis tipas

Elektrolizė negali vykti distiliuotame vandenyje. Tokiais atvejais būtina naudoti katalizatorius, kurie yra šarminiai tirpalai didelė koncentracija. Atitinkamai, didžioji dalis elektrolizės prietaisų gali būti vadinami šarminiais.

Svarbu! Verta paminėti, kad druskos kaip katalizatoriaus naudojimas yra kenksmingas, nes reakcijos metu išsiskiria chloro dujos. Idealus katalizatorius būtų natrio hidroksidas, kuris nerūdija geležies elektrodų ir neprisideda prie kenksmingų medžiagų išsiskyrimo.

Savarankiška elektrolizatoriaus gamyba

Kiekvienas gali pasigaminti elektrolizatorių savo rankomis. Paprasčiausio dizaino surinkimo procesui reikės šių medžiagų:

• nerūdijančio plieno lakštas ( idealūs variantai– užsienio AISI 316L arba vidaus 03Х16Н15М3);
• varžtai M6x150;
• poveržlės ir veržlės;
• skaidrus vamzdis - galite naudoti vandens lygį, kuris naudojamas statyboms;
• kelios silkės jungiamosios detalės, kurių išorinis skersmuo 8 mm;
• plastikinis indas, kurio tūris yra 1,5 l;
• mažas filtras, kuris filtruoja tekantį vandenį, pavyzdžiui, skalbimo mašinų filtras;
• vandens atbulinis vožtuvas.

Sukūrimo procesas

Surinkite elektrolizatorių savo rankomis pagal šias instrukcijas:

1. Pirmiausia reikia pažymėti ir toliau supjaustyti nerūdijančio plieno lakštą į vienodus kvadratus. Pjovimas gali būti atliekamas kampu malūnėlis(bulgarų). Vienas iš tokių kvadratų kampų turi būti nupjautas kampu, kad būtų tinkamai pritvirtintos plokštės;
2. Tada turėsite išgręžti skylę varžtui toje plokštės pusėje, kuri yra priešingoje kampo pjūviui;
3. Plokščių sujungimas turi būti atliekamas pakaitomis: viena plokštelė ant „+“, kita ant „-“ ir pan.
4. Tarp skirtingai įkrautų plokščių turi būti izoliatorius, kuris veikia kaip vamzdis nuo vandens lygio. Jis turi būti supjaustytas žiedais, kuriuos reikia supjaustyti išilgai, kad gautųsi 1 mm storio juostelės. Šio atstumo tarp plokščių pakanka efektyviam dujų išsiskyrimui elektrolizės metu;
5. Plokštės tarpusavyje tvirtinamos poveržlėmis tokiu būdu: ant varžto uždedama poveržlė, po to – plokštelė, po to trys poveržlės, po to – plokštelė ir pan. Teigiamo krūvio plokštės yra išdėstytos kaip veidrodiniai neigiamo krūvio lakštų vaizdai. Tai leidžia išvengti, kad nupjauti kraštai liestųsi su elektrodais;

1. Surinkdami plokštes, nedelsdami jas izoliuokite ir priveržkite veržles;
2. Be to, kiekviena plokštė turi būti žieduota, kad nebūtų trumpojo jungimo;
3. Tada visą agregatą reikia įdėti į plastikinę dėžutę;
4. Po to reikia pažymėti vietas, kur varžtai liečiasi su konteinerio sienelėmis, kur išgręžiate dvi skyles. Jei varžtai netelpa į konteinerį, juos reikia apipjaustyti metaliniu pjūklu;
5. Tada varžtai priveržiami veržlėmis ir poveržlėmis, kad sandarintų konstrukciją;

1. Po šių manipuliacijų konteinerio dangtyje turėsite padaryti skylutes ir į jas įkišti jungiamąsias detales. Tokiu atveju sandarumą galima užtikrinti sandarinant siūles silikono pagrindu pagamintais sandarikliais;
2. Apsauginis vožtuvas ir filtras konstrukcijoje yra dujų išleidimo angoje ir yra priemonė kontroliuoti pernelyg didelį jo kaupimąsi, o tai gali sukelti pražūtingų pasekmių;
3. Elektrolizės gamykla surinkta.

Paskutinis etapas yra bandymas, kuris atliekamas taip:

• talpyklos užpildymas vandeniu iki tvirtinimo varžtų lygio;
• maitinimo prijungimas prie įrenginio;
• jungiantis prie jungiamosios detalės vamzdelį, kurio priešingas galas nuleidžiamas į vandenį.

Jei įrenginyje yra silpna srovė, dujų išsiskyrimas per vamzdelį bus beveik nepastebimas, tačiau tai galima pastebėti elektrolizatoriaus viduje. Pakėlimas elektrosĮ vandenį įdėjus šarminio katalizatoriaus, galite žymiai padidinti dujinės medžiagos išeigą.

Pagamintas elektrolizatorius gali veikti neatskiriama dalis daug prietaisų, pavyzdžiui, vandenilio degiklis.

Žinodami elektrolizės įrenginių tipus, pagrindines charakteristikas, konstrukciją ir veikimo principą, galite atlikti teisingą surinkimą naminis dizainas kuris bus nepakeičiamas pagalbininkasįvairiose kasdienėse situacijose: nuo suvirinimo ir transporto priemonės degalų sąnaudų taupymo iki šildymo sistemų veikimo.

Vaizdo įrašas

MASKVA, gegužės 11 d. – RIA Novosti. Mokslininkai įrodė, kad nikelis ir boras, pigūs ir lengvai prieinami elementai, gali būti naudojami naujiems vandens skaidymo į deguonį ir vandenilį katalizatoriams gaminti – tai atradimas, kuris gali būti pritaikytas švarioje ateities energetikoje. straipsnis, paskelbtas žurnale Proceedings of the National Academy of Sciences.

Iki šiol veiksmingiausiu iš tokių vandens elektrolizės katalizatorių (skaidymo į deguonį ir vandenilį naudojant elektrą) yra laikoma platina – brangus ir retas metalas, kurio atsargos planetoje yra labai ribotos, todėl daug mokslinių tyrimų. grupės ieško jam pakaitalo.

Anksčiau naujojo straipsnio autoriai – Danielio Noceros grupė iš JAV Masačusetso technologijos instituto – jau įrodė, kad šiems tikslams gali būti naudojami gana dažni ir prieinami metalai – kobalto junginiai. Prieš kiek mažiau nei dvi savaites spaudoje pasirodė pranešimas apie veiksmingo vandens skaidymo katalizatoriaus molibdeno pagrindu gamybą. Nepaisant to, mokslininkai ir toliau ieško naujų junginių, nes komerciniam naudojimui tokie katalizatoriai turi būti ne tik pigūs, bet ir daug veiksmingesni už esamus prototipus.

Savo naujame darbe Nocera grupės mokslininkai aprašo katalizinę sistemą, kuri yra junginys, pagrįstas nikelio ir boro elementais. Jis gali būti padengtas plona plėvele ant bet kokio paviršiaus naudojant elektrą. Ant gauto elektrodo, panardinto į vandeninį boro junginių tirpalą (elektrolitą), kai veikia mažesnė nei dviejų voltų elektros įtampa, vyksta vandens skilimo reakcija, išsiskirianti deguonimi. Tokiu atveju reakcija vyksta priešingame elektrode, išsiskiriant grynam vandeniliui.

Naujojo katalizatoriaus pranašumas yra tas, kad jį galima gauti iš plačiai prieinamų ir pigių elementų. Be to, jis pasižymi geromis eksploatacinėmis savybėmis, kurios suteikia vilčių, kad panašios katalizinės sistemos ateityje ras komercinį pritaikymą.

Norėdami tai padaryti, mokslininkai turi padidinti tokių katalizatorių galią, „išmokyti“ juos dirbti su įprastu vandeniu nenaudojant papildomų cheminių komponentų kaip elektrolitų, taip pat sujungti juos su saulės elementais viename įrenginyje, kad būtų pasiektas maksimalus efektyvumas.

Tokioje elektrinėje šviesiuoju paros metu pagamintos elektros energijos perteklius gali būti paverstas vandeniliu ir sukauptas naudoti tamsiuoju paros metu. Ši koncepcija reiškia pilną energijos gamybos ir naudojimo smulkiuose ūkiuose ciklą, kuris yra labai patogus ir daug efektyvesnis nei centralizuota energijos gamyba elektrinėse ir tolesnis jos paskirstymas elektros tinklais.

Jei rasime pigų ir paprastą vandens elektrolizės/fotolizės būdą, gausime neįtikėtinai turtingą ir švarų energijos šaltinį – vandenilio kurą. Kai vandenilis degina deguonį, jis nesudaro jokių pašalinių emisijų, išskyrus vandenį. Teoriškai elektrolizė yra labai paprastas procesas: tereikia praleisti elektros srovę per vandenį, ir ji yra padalinta į vandenilį ir deguonį. Tačiau dabar visi sukurti techniniai procesai reikalauja tokio didelio energijos kiekio, kad elektrolizė tampa nuostolinga.

Dabar mokslininkai išsprendė dalį galvosūkio. Technion-Israel technologijos instituto mokslininkai sukūrė metodą, kaip atlikti antrąjį iš dviejų redokso reakcijos etapų – redukciją – matomoje (saulės) šviesoje, kurio energijos vartojimo efektyvumas yra 100%, gerokai viršijantis ankstesnį rekordą – 58,5. %.

Belieka pagerinti oksidacijos pusinę reakciją.

Toks didelis efektyvumas pasiektas dėl to, kad procese naudojama tik šviesos energija. Katalizatoriai (fotokatalizatoriai) yra 50 nm ilgio nanostrypai. Jie sugeria fotonus iš šviesos šaltinio ir išleidžia elektronus.

Oksidacijos pusinės reakcijos metu susidaro keturi atskiri vandenilio atomai ir O2 molekulė (tai nereikalinga). Redukcijos pusinės reakcijos metu keturi vandenilio atomai susiporuoja į dvi H2 molekules ir susidaro naudinga vandenilio forma – H2 dujos.

100% efektyvumas reiškia, kad visi į sistemą patenkantys fotonai dalyvauja elektronų generavime.

Esant tokiam efektyvumui, kiekvienas nanorodelis sukuria apie 100 H 2 molekulių per sekundę.

Dabar mokslininkai stengiasi optimizuoti procesą, kuriam šiuo metu reikalinga šarminė aplinka su neįtikėtinai aukštu pH. Šis lygis jokiu būdu nepriimtinas realiomis eksploatavimo sąlygomis.

Be to, nanorodeliai yra jautrūs korozijai, o tai taip pat nėra labai gerai.

Tačiau šiandien žmonija yra vienu žingsniu arčiau, kad gautų neišsenkamą švarios energijos šaltinį vandenilio kuro pavidalu.