sábado, 16 de abril de 2022

Nanopartículas scavenger podem tornar realidade os veículos movidos a células de combustível

Engenheiros da Universidade de Illinois Chicago estão entre uma equipa colaborativa que desenvolveu um material que poderia dar aos sistemas de células de combustível uma vantagem competitiva sobre os sistemas de bateria que atualmente alimentam a maioria dos veículos elétricos.

Em contraste com as baterias de lítio, a tecnologia de células de combustível depende de reações químicas acionadas por catalisadores para criar energia.



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Photo//Olhar Digital


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As baterias de lítio normalmente podem atingir um alcance de 100 a 300 milhas com uma carga, mas também são vulneráveis ​​ao alto custo dos materiais e fabricação do cátodo e exigem várias horas para carregar. Alternativamente, os sistemas de células de combustível aproveitam elementos abundantes, como oxigênio e hidrogênio, e podem atingir mais de 400 milhas com uma única carga, o que pode ser feito em menos de cinco minutos. Infelizmente, os catalisadores usados ​​para alimentar suas reações são feitos de materiais que são muito caros (ou seja, platina) ou muito rapidamente degradados para serem práticos.



Até agora, é isso. Com o desenvolvimento do novo material aditivo, os cientistas podem tornar um catalisador barato de célula de combustível ferro-nitrogênio-carbono mais durável. Quando adicionado às reações químicas, o material aditivo protege os sistemas de células de combustível de dois de seus subprodutos mais corrosivos, partículas instáveis ​​como átomos, moléculas ou íons chamados radicais livres e peróxido de hidrogênio.

 

Os resultados das suas experiencias são relatados na revista científica Nature Energy .



 

Shahbazian-Yassar, professor de engenharia mecânica e industrial da Faculdade de Engenharia da UIC, e colegas usaram técnicas avançadas de imagem para investigar as reações com o material, um aditivo composto por nanopartículas de óxido de tântalo-titânio que eliminam e desativam os radicais livres. A imagem de alta resolução das estruturas atômicas permitiu que os cientistas definissem os parâmetros estruturais necessários para que o aditivo funcionasse.

 

"No nosso laboratório, somos capazes de usar a microscopia eletrónica para capturar imagens altamente detalhadas e de resolução atómica dos materiais sob uma variedade de condições de serviço", disse o autor co-correspondente do estudo Shahbazian-Yassar. "Através das nossas investigações estruturais, aprendemos o que estava acontecendo na estrutura atómica dos aditivos e conseguimos identificar o tamanho e as dimensões das nanopartículas scavenger, a proporção de tântalo e óxido de titânio. Isso levou a uma compreensão do estado correto do liga de solução sólida necessária para o aditivo proteger a célula de combustível contra corrosão e degradação."

 

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As experiencias revelaram que é necessária uma solução sólida de tântalo e óxido de titânio e que as nanopartículas devem ter cerca de cinco nanômetros, revelando também que é necessária uma proporção de 6-4 de tântalo para óxido de titânio.

"A proporção é a chave para as propriedades de eliminação de radicais do material de nanopartículas e a solução de estado sólido ajudou a sustentar a estrutura do ambiente", disse Shahbazian-Yassar.

 

As experiencias mostraram que, quando o material de nanopartículas removedor foi adicionado às reações dos sistemas de células a combustível, o rendimento de peróxido de hidrogênio foi suprimido para menos de 2% , uma redução de 51% , e o decaimento da densidade de corrente das células a combustível foi reduzido de 33% para apenas 3%.

 



As células de combustível são uma alternativa atraente às baterias devido à sua maior autonomia, capacidade de recarga rápida, peso mais leve e volume menor, desde que possamos encontrar maneiras mais económicas de separar e armazenar hidrogênio”, disse Shahbazian-Yassar. “Neste artigo, relatamos uma abordagem que nos aproxima muito de tornar realidade os veículos movidos a células de combustível e outras tecnologias de células de combustível”.

 

O Departamento de Energia dos EUA, a National Science Foundation e o Maryland Nanocenter apoiaram a pesquisa.


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