4 мин. чтения
4/17/2024 8:50:01 AM

Новое понимание принципов работы биполярных мембран может направлять будущий дизайн топливных элементов

Article Preview Image Ионная (DE) сольвация во время диссоциации воды и водоснабжения воды.Кредит: Nature Energy (2024).Doi: 10.1038/s41560-024-01484-z

Биполярные мембраны представляют собой класс ионопроводящих полимеров, состоящих из двух противоположно заряженных слоев, известных как катионный обмен и анион-обмен.Эти мембраны являются центральными для функционирования различных технологий, в том числе электролизар и водородные топливные элементы.

В то время как многие компании и стартапы используют биполярные мембраны для разработки новых энергетических технологий, их основные принципы работы и кинетика ионной сольвации еще не были полностью выяснены.Лучшее понимание этих принципов может проинформировать о будущем изготовлении этих материалов и облегчить их успешную интеграцию в различных устройствах.

Исследователи из Института Фриц-Хабера в обществе Макса Планка недавно провели исследование для изучения диссоциации воды и кинетики ион сольватона на границе раздела между двумя слоями в биполярных мембранах.Их статья, опубликованная в Nature Energy, собрала ценное новое понимание, которое могло бы направить будущий дизайн этих мембран и перспективных электрокатализаторов для топливных элементов.

«Мы хотели понять фундаментальные принципы работы биполярных мембран и то, как они более широко соединяются с электрохимией», - сказал Sebastian Oener, автор исследования, соответствующий автор исследования.«Биполярные мембраны существуют более 65 лет, но предыдущие объяснения их принципов работы были довольно неудовлетворительными. Мы хотели изменить это, соединяя две поля, которые ранее считались отдельными».

Чтобы провести свое исследование, Карлос Гомес Роделлар, первый автор и доктор философии.Студент в отделении науки интерфейса должен был решать различные проблемы исследований в экспериментальных условиях.Во-первых, ему пришлось настроить и сравнить систему, которая позволила бы ему изучать кинетику биполярных мембран без нежелательных вмешательств от перекрестных ионов электролитов.

«Эта система должна была применяться непрерывно физическим давлением на узел мембранного электрода с катализаторами оксида металла внутри биполярного соединения», - пояснил Oener.”Наконец, Карлосу пришлось разработать всю систему таким образом, чтобы мы могли контролировать температуру ячейки и увлажненных газов, чтобы провести анализ Аррениуса и извлекать энтропию и энтропию с зависимой активацией, зависимая от смещения. Все это может быть обеспечено.модифицированная испытательная станция топливного элемента “.

Измерения, собранные исследователями, рисуют исчерпывающую картину фундаментальных принципов, лежащих в основе функционирования биполярных мембран.В частности, они обнародовали зависимые от смещения взаимосвязи между энтропией активации и энтальпией внутри биполярного соединения, что, по-видимому, связано с зависимой от смещения дисперсии межфазной емкости.

Команда также отметила, что кинетика сольватации в биполярных мембранах демонстрирует характеристики, которые не связаны с химическим составом используемых катализаторов, но, вероятно, происходят из -за энтропийных изменений в межфазном электролите.В совокупности эти идеи могут помочь разработать более эффективные биполярные мембраны для электродиализа, электролизурников CO2 и топливных элементов H2.

«Существует много различных применений биполярных мембран, которые изучаются по всему миру, в том числе на перспективных стартапах»,-сказал Оенер.«На самом деле есть много потенциала. Помимо биполярных мембран, мы также смогли показать, что та же физика играет, когда вода диссоциируется, а ионы гидроксида солетают на интерфейсах электрокатализатора».

Результаты, собранные исследовательской группой в отделе науки о интерфейсе Института Фриц Хабер, демонстрируют важность энтропийных изменений на стороне растворителя на жидко-солидных интерфейсах.Таким образом, их работа может также направить конструкцию новых многообещающих электрокатализаторов для инициирования специфических химических реакций, таких как те, которые необходимы для генерации зеленого водорода из щелочных электролитов.

«Что касается биполярных мембран, то все еще есть открытые фундаментальные вопросы, которые мы хотим решить», - добавил владелец.

«Например, реакция образования воды важна, когда биполярные мембраны работают в прямом направлении. Мы также исследуем несколько применений в сотрудничестве с другими. К ним относятся различные типы топливных элементов и системы электродиализа. Когда речь идет о сольвации ионов в электрокатализа.У нас есть несколько проектов, которые либо уже находятся в рассмотрении, либо приближаются к тому, чтобы быть отправленным.

Больше информации: Carlos G. Rodellar и др., Кинетика ионной сольвации в биполярных мембранах и на электролитных разделах, металле, природа энергия (2024).Doi: 10.1038/s41560-024-01484-z.

Получи бесплатную еженедельную рассылку со ссылками на репозитории и лонгриды самых интересных историй о стартапах 🚀, AI технологиях 👩‍💻 и программировании 💻!
Присоединяйся к тысячам читателей для получения одного еженедельного письма

Подписывайся на нас:

Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.

Добавляй ЛРНЧ в свою ленту Google Новостей.
Читайте далее 📖

Увеличение долговечности Li-Me аккумулятора за счет минимизированного координационного разбавителя

5/25/2024 · 4 мин. чтения

Увеличение долговечности Li-Me аккумулятора за счет минимизированного координационного разбавителя

Использование магнитно-резонансной спектроскопии для проектирования эффективных литиевых батарей

5/21/2024 · 4 мин. чтения

Использование магнитно-резонансной спектроскопии для проектирования  эффективных литиевых батарей