Desarrollo de pila de combustible de hidrógeno impulsada por la "integración del almacenamiento de hidrógeno en la producción de energía solar"

Sándwiches, muchos de nosotros hemos probado, pero la visibilidad de la tecnología actual "sándwich" es increíble. Puede convertir nuestra batería de almacenamiento de energía tradicional en una pequeña planta de energía, y la mayor diferencia con las baterías tradicionales es que también es una fuente de energía limpia.

Un estudio reciente del equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China mostró que se espera que el uso de material de grafeno como un "contenedor" y el uso de una estructura similar a un "sándwich" resuelva el problema del almacenamiento seguro de hidrógeno en condiciones de almacenamiento elevado de hidrógeno. tarifas y recolección de hidrógeno de bajo costo, contribuyendo así al desarrollo de pilas de combustible de hidrógeno. Los artículos relacionados del estudio se publicaron en la revista académica Nature Newsletter.

El hidrógeno es tres veces más caliente que la gasolina.

La energía del hidrógeno se reconoce como una fuente de energía limpia. Ya en la década de 1970 se propuso el concepto de "economía de la energía del hidrógeno". En términos simples, contempla el uso de la luz solar para impulsar la producción de hidrógeno y el uso de hidrógeno como medio (preparación, almacenamiento, transporte y transformación) para reemplazar el sistema de economía petrolera existente, logrando así el objetivo de la regeneración ambiental.

Para las ventajas de la energía del hidrógeno, el autor de la comunicación del artículo anterior, el profesor Jiangjun de la Escuela de Química y Ciencias de los Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, mencionó tres puntos: Primero, el contenido de hidrógeno es alto. A excepción del combustible nuclear, el poder calorífico del hidrógeno es actualmente todos los combustibles. El más alto es tres veces mayor que el de la gasolina. La alta energía del hidrógeno hace que el hidrógeno sea uno de los combustibles importantes para las naves espaciales de propulsión. En segundo lugar, el hidrógeno es una fuente de energía limpia, no tóxica en sí misma, el producto de combustión es agua, no contamina y puede reciclarse. En tercer lugar, la fuente de hidrógeno también es muy extensa. Además de la producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles, el agua ubicua también se llama "mina de hidrógeno".

En la actualidad, la aplicación de la energía del hidrógeno se basa principalmente en pilas de combustible. El concepto de pilas de combustible fue propuesto por primera vez por William Grove, un científico galés británico, en 1839. Se envió combustible y aire a las pilas de combustible y se produjo electricidad. Mira los polos positivos y negativos y los electrolitos desde el exterior, como una batería, pero en esencia no puede "almacenar electricidad" sino una "planta de energía".

La principal diferencia entre las pilas de combustible de hidrógeno y las baterías ordinarias es que las baterías secas y las baterías son dispositivos de almacenamiento de energía que almacenan energía eléctrica y la liberan cuando es necesario; La pila de combustible de hidrógeno es estrictamente un dispositivo de generación de energía que convierte la energía química directamente en energía eléctrica.

El costo y la seguridad de la energía del hidrógeno siguen siendo limitados

Expertos como el profesor asociado Zhaoyongzhi del Departamento de Ingeniería Química e Ingeniería Biológica de la Universidad de Zhejiang creen que la aplicación de la energía del hidrógeno en campos que incluyen vehículos de pila de combustible, generación de energía distribuida y suministro de energía de emergencia se ha acercado a la industrialización.

En el caso de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno, la investigación japonesa ha "ido muy temprano", como el coche de pila de combustible de hidrógeno incluso experimental Mirai de Toyota, que se ha vendido en el mercado en pequeñas cantidades. En China, también se sigue de cerca el desarrollo de vehículos con pilas de combustible de hidrógeno. Durante los Juegos Olímpicos de Beijing, la Exposición Universal de Shanghai, los Juegos Asiáticos de Guangzhou y la Universiada de Shenzhen, China ha lanzado proyectos de demostración para vehículos de pila de combustible.

El profesor Lijianqiu, del Departamento de Ingeniería Automotriz de la Universidad de Tsinghua, cree que para 2020, los vehículos domésticos con celda de combustible tendrán alrededor de 10,000 operaciones de demostración. A partir de 2025, la producción de vehículos de pila de combustible aumentará significativamente, a una tasa de 100.000 vehículos por año. Incrementar.

Sin embargo, las consideraciones de costo y seguridad siguen siendo inevitables. Por ejemplo, Zhengjunsheng, investigador asociado de la Escuela de Automóviles de la Universidad de Tongji, dijo una vez que los altos precios de las baterías son uno de los cuellos de botella que restringen el desarrollo de vehículos de combustible de hidrógeno. Explicó que el catalizador de las pilas de combustible de hidrógeno son los metales de platino, que son costosos, y que aunque los avances tecnológicos han reducido significativamente su uso, aún limitan el costo de las pilas de combustible de hidrógeno. Además, debido a las especiales dificultades en el almacenamiento y transporte de hidrógeno, el elevado coste de la estación de repostaje de hidrógeno como infraestructura importante para los vehículos de pila de combustible de hidrógeno ha limitado su promoción.

La "generación de energía distribuida" generalmente se refiere a pequeños dispositivos de generación de energía que están integrados o aislados de los usuarios finales (fábricas, empresas comerciales, edificios públicos, vecindarios, hogares privados). En la actualidad, la generación de energía distribuida basada en pilas de combustible ha comenzado a comercializarse inicialmente en Europa, América y Japón y Corea del Sur.

Además, como fuente de energía de emergencia, las celdas de combustible de hidrógeno tienen las características de alta eficiencia energética, ambiente amigable, área pequeña, calidad de luz, operación estable y confiable y larga vida en comparación con las baterías de plomo-ácido. También ha comenzado a verse favorecido por el mercado de energía de emergencia. En la actualidad, en el campo de las comunicaciones, no es infrecuente utilizar pilas de combustible como fuente de alimentación de emergencia. Por ejemplo, los tres principales operadores de telecomunicaciones de China ya han puesto en funcionamiento el suministro de energía de reserva de pila de combustible.

El almacenamiento eficiente de hidrógeno es una condición para el uso comercial generalizado de las pilas de combustible, según un artículo de Tyr Tyr, Ph.D. en física en la Universidad de lanzhou. Sin embargo, la mayoría de los métodos de almacenamiento de hidrógeno, incluida la compresión, la licuefacción y los óxidos metálicos, son difíciles de cumplir con los estándares mínimos para reemplazar completamente los combustibles fósiles.

Para las pilas de combustible de hidrógeno, otra idea que los científicos deben almacenar es adsorber el hidrógeno física o químicamente para formar sustancias sólidas, como el hidruro metálico con átomos metálicos y el hidruro químico con moléculas orgánicas. Además, el uso de materiales de gran superficie como fullerenos, grafeno y otras adsorciones también es una forma de pensar.

Almacenamiento seguro de hidrógeno con grafeno

En 2004, la profesora Andelie · haimu y la Dra. Kangsitanding · nuowoxiaoluofu de la Universidad de Manchester en el Reino Unido despojaron repetidamente grafito pirolítico altamente direccional con cinta adhesiva para obtener grafeno estable. Debido a las excelentes propiedades eléctricas, ópticas y mecánicas del grafeno, así como a las amplias perspectivas de aplicación del grafeno, su descubridor, Nuowoxiaoluofu, y David Schneider, fueron galardonados con el Premio Nobel de Física 2010.

Después de producir grafeno con éxito, el equipo de Heim estudió y confirmó más a fondo que el grafeno puede penetrar los protones, lo que significa que el hidrógeno del aire puede convertirse en pilas de combustible, generando electricidad y agua, y convirtiéndose en una energía ambiental revolucionaria libre de carbono y libre de contaminación. .

Jiangjun dijo que su investigación se inspiró en el trabajo de Heim en los últimos años: el grafeno puede aislar todos los gases y líquidos, pero puede "abrir un lado" a los protones y liberarlos generosamente. Usando esta "puerta instantánea" natural para los protones, Jiangjun y otros diseñaron una estructura de "sándwich" que intercalaba materiales de carbono y nitrógeno en dos capas de grafeno.

Esta estructura tipo sándwich puede absorber luz ultravioleta y visible al mismo tiempo, utilizar el flujo continuo de luz solar para generar cargas positivas y negativas, separar rápidamente las cargas positivas y negativas con energía y correr hacia la capa exterior de grafeno y carbono y nitrógeno, respectivamente. capa, aplicar plenamente sus respectivas capacidades: las moléculas de agua en la superficie del grafeno se descomponen con la ayuda de cargas positivas para producir protones. Estos protones pueden penetrar el grafeno y reaccionar con los electrones para producir hidrógeno. Dado que solo los protones pueden atravesar el grafeno y el hidrógeno resultante no puede penetrar el grafeno, las moléculas de hidrógeno producidas por la fotodisociación se retienen de forma segura en el sistema de compuestos sándwich. Al mismo tiempo, los átomos de oxígeno, el oxígeno, los grupos hidroxilo y otras sustancias no pueden ingresar al sistema complejo, inhibiendo así la reacción inversa del oxígeno y el hidrógeno en el agua y logrando un almacenamiento seguro de hidrógeno bajo altas tasas de almacenamiento de hidrógeno.

Jiangjun dijo que no solo el grafeno y los materiales de carbono y nitrógeno, otros como los fullerenos, las nanopartículas de carbono y los fotocatalizadores también pueden usarse en este complejo sistema. Esto ha creado la posibilidad de convertir la energía solar que rompe el agua en energía de hidrógeno, lo que a su vez contribuye a la aplicación a gran escala de la energía del hidrógeno.

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