Энэхүү нийтлэлийг Science X-ийн редакцийн журам, бодлогын дагуу хянасан болно. Редакторууд агуулгын бүрэн бүтэн байдлыг хангахын зэрэгцээ дараах чанаруудыг онцолсон болно.
Нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2) нь Дэлхий дээрх амьдралын зайлшгүй эх үүсвэр бөгөөд дэлхийн дулааралд хувь нэмэр оруулдаг хүлэмжийн хий юм. Өнөөдөр эрдэмтэд нүүрстөрөгчийн давхар ислийг сэргээгдэх эрчим хүч, бага нүүрстөрөгчийн түлш, өндөр үнэ цэнэтэй химийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх ирээдүйтэй нөөц гэж судалж байна.
Судлаачдын хувьд тулгарч буй сорилт бол нүүрстөрөгчийн давхар ислийг нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, метанол эсвэл шоргоолжны хүчил зэрэг өндөр чанартай нүүрстөрөгчийн завсрын бүтээгдэхүүн болгон хувиргах үр ашигтай, зардал багатай аргуудыг тодорхойлох явдал юм.
Үндэсний Сэргээгдэх Эрчим Хүчний Лаборатори (NREL)-ийн К.К.Нойерлиний удирдсан судалгааны баг болон Аргонн Үндэсний Лаборатори, Оак Ридж Үндэсний Лабораторийн хамтран ажиллагсад энэ асуудлыг шийдвэрлэх ирээдүйтэй шийдлийг олсон байна. Тус баг нь өндөр эрчим хүчний хэмнэлт, бат бөх чанар бүхий сэргээгдэх цахилгаан эрчим хүчийг ашиглан нүүрстөрөгчийн давхар ислээс шоргоолжны хүчил үйлдвэрлэх хувиргах аргыг боловсруулсан.
“Нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шоргоолжны хүчил болгон үр ашигтай электрохимийн хувиргалтын өргөтгөх боломжтой мембран электродын угсралтын архитектур” нэртэй уг судалгааг Nature Communications сэтгүүлд нийтэлжээ.
Шохойн хүчил нь ялангуяа химийн болон биологийн үйлдвэрлэлийн түүхий эд болгон өргөн хүрээний хэрэглээтэй химийн завсрын бүтээгдэхүүн юм. Шохойн хүчил нь мөн цэвэр нисэхийн түлш болгон био боловсруулалтын түүхий эд гэж тодорхойлогдсон.
CO2-ын электролиз нь электролитийн эсэд цахилгаан потенциал өгөхөд CO2-ыг шоргоолжны хүчил зэрэг химийн завсрын бүтээгдэхүүн эсвэл этилен зэрэг молекулууд болгон бууруулдаг.
Электролизер дахь мембран-электродын угсралт (MEA) нь ихэвчлэн электрокатализатор ба ион дамжуулагч полимерээс бүрдсэн хоёр электродын хооронд хавчуулагдсан ион дамжуулагч мембран (катион эсвэл анион солилцооны мембран)-аас бүрдэнэ.
Тэд түлшний элементийн технологи болон устөрөгчийн электролизийн чиглэлээрх багийн туршлагаа ашиглан электролитийн элемент дэх хэд хэдэн MEA тохиргоог судалж, CO2-ыг шоргоолжны хүчил болгон электрохимийн аргаар бууруулахыг харьцуулсан.
Төрөл бүрийн загваруудын алдааны шинжилгээнд үндэслэн баг нь одоо байгаа материалын багцын хязгаарлалтыг, ялангуяа одоогийн анион солилцооны мембрануудад ионы татгалзал байхгүй байгааг ашиглан системийн ерөнхий загварыг хялбаршуулахыг эрэлхийлсэн.
NREL-ийн К.С.Нейерлин болон Лейминг Ху нарын зохион бүтээсэн бүтээл нь шинэ цоолсон катион солилцооны мембран ашиглан сайжруулсан MEA электролизер байв. Энэхүү цоолсон мембран нь тогтвортой, өндөр сонгомол шоргоолжны хүчлийн үйлдвэрлэлийг хангаж, бэлэн байгаа эд ангиудыг ашиглан дизайныг хялбаршуулдаг.
"Энэхүү судалгааны үр дүн нь шоргоолжны хүчил зэрэг органик хүчлүүдийн электрохимийн үйлдвэрлэлийн парадигмын өөрчлөлтийг харуулж байна" гэж хамтран зохиогч Нейерлин хэлэв. "Цоолбортой мембраны бүтэц нь өмнөх загваруудын нарийн төвөгтэй байдлыг бууруулж, бусад электрохимийн нүүрстөрөгчийн давхар исэл хувиргах төхөөрөмжүүдийн эрчим хүчний үр ашиг, бат бөх чанарыг сайжруулахад ашиглаж болно."
Аливаа шинжлэх ухааны нээлтийн нэгэн адил өртгийн хүчин зүйлс болон эдийн засгийн боломжит байдлыг ойлгох нь чухал юм. NREL-ийн судлаачид Же Хуан, Тао Лин нар хэлтэс хоорондын хамт сэргээгдэх цахилгаан эрчим хүчний өртөг киловатт-цаг тутамд 2.3 цент буюу түүнээс доош байх үед өнөөгийн үйлдвэрлэлийн шоргоолжны хүчлийн үйлдвэрлэлийн процессуудтай өртгийн тэнцвэрт байдалд хүрэх арга замыг тодорхойлсон техник, эдийн засгийн шинжилгээг танилцуулав.
"Баг нь худалдаанд байгаа катализатор болон полимер мембраны материалыг ашиглан эдгээр үр дүнд хүрсэн бөгөөд орчин үеийн түлшний эсүүд болон устөрөгчийн электролизийн үйлдвэрүүдийн өргөтгөх чадварыг ашигладаг MEA загварыг бий болгосон" гэж Нейерлин хэлэв.
"Энэхүү судалгааны үр дүн нь сэргээгдэх эрчим хүч, устөрөгч ашиглан нүүрстөрөгчийн давхар ислийг түлш, химийн бодис болгон хувиргахад тусалж, өргөжүүлэх, арилжааны хэлбэрт шилжих шилжилтийг хурдасгахад тусална."
Электрохимийн хувиргалтын технологи нь NREL-ийн Электроноос Молекул руу хөтлөх хөтөлбөрийн гол элемент бөгөөд дараагийн үеийн сэргээгдэх устөрөгч, тэг түлш, химийн бодис болон цахилгаан хөдөлгүүртэй процесст зориулсан материалуудад чиглэгддэг.
"Манай хөтөлбөр сэргээгдэх цахилгаан эрчим хүчийг ашиглан нүүрстөрөгчийн давхар исэл, ус зэрэг молекулуудыг эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглаж болох нэгдэл болгон хувиргах арга замыг судалж байна" гэж NREL-ийн электрон дамжуулалт болон/эсвэл түлш үйлдвэрлэх буюу химийн бодисын урьдал бодисын стратегийн захирал Рэнди Кортрайт хэлэв.
"Энэхүү электрохимийн хувиргалтын судалгаа нь электрохимийн хувиргалтын олон процесст ашиглаж болох нээлтийг бий болгож байгаа бөгөөд бид энэ бүлгээс илүү ирээдүйтэй үр дүнг хүлээж байна."
Нэмэлт мэдээлэл: Лейминг Ху нар, CO2-ыг шоргоолжны хүчил болгон үр ашигтай электрохимийн хувиргалтын зориулалттай өргөтгөх боломжтой мембран электродын угсралтын архитектур, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Хэрэв та бичгийн алдаа, нарийвчлалгүй байдалтай тулгарвал эсвэл энэ хуудсан дээрх контентыг засах хүсэлт гаргахыг хүсвэл энэ маягтыг ашиглана уу. Ерөнхий асуултын талаар манай холбоо барих маягтыг ашиглана уу. Ерөнхий санал хүсэлтийн талаар доорх олон нийтийн сэтгэгдлийн хэсгийг ашиглана уу (зааврыг дагана уу).
Таны санал хүсэлт бидэнд маш чухал. Гэсэн хэдий ч мессежийн хэмжээ их байгаа тул бид хувь хүнд тохирсон хариу өгөх баталгаа өгч чадахгүй.
Таны имэйл хаягийг зөвхөн хүлээн авагчдад имэйлийг хэн илгээснийг мэдэгдэхэд ашигладаг. Таны хаяг болон хүлээн авагчийн хаягийг өөр зорилгоор ашиглахгүй. Таны оруулсан мэдээлэл таны имэйлд харагдах бөгөөд Tech Xplore ямар ч хэлбэрээр хадгалахгүй.
Энэ вэбсайт нь навигацийг хөнгөвчлөх, манай үйлчилгээг ашиглахад дүн шинжилгээ хийх, зар сурталчилгааны хувийн мэдээлэл цуглуулах, гуравдагч этгээдээс контент өгөх зорилгоор күүки ашигладаг. Манай вэбсайтыг ашигласнаар та манай Нууцлалын бодлого болон Хэрэглэх нөхцөлийг уншиж, ойлгосноо хүлээн зөвшөөрч байна.