Изобретён дешёвый способ электролиза воды

    Учёные из Стэнфорда продемонстрировали недорогой способ электролиза воды, то есть разделения H2O на кислород и водород. Для инициации химического процесса достаточно простой батарейки ААА.



    Учёные использовали катоды и аноды из никеля и оксида никеля, что позволило значительно снизить напряжение питания.

    Стэнфордский опыт — первый в мире, когда для электролиза удалось отказаться от электродов из драгоценных металлов (платина, иридий) и когда процесс идёт на таком низком напряжении.

    Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms5695).



    Это очень важное изобретение, потому что оно упрощает технологию изготовления топливных ячеек с водородом. На одной такой ячейке, к примеру, мобильный телефон может работать несколько десятилетий. Если взять для примера автомобиль, то его никогда не нужно будет заправлять топливом (возможно, один раз в два-три года при интенсивном использовании). Немаловажно, что при использовании водородных топливных ячеек единственным побочным продуктом сгорания является вода.
    Support the author
    Share post
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 101

      +1
      >Немаловажно, что при использовании водородных топливных ячеек единственным побочным продуктом сгорания является вода.
      Рекурсия, сэр!
        +12
        А еще можно вырабатывать электричество, которое можно использовать для зарядки аккумулятора, который нужен для получения водорода, который…
          0
          немаловажно, что для этого нужен чистый дорогой водород (получаемый электролизом), использование дешевого водорода (получаемого из метана) приводит к засиранию анода и деградации топливного элемента.
          +3
          Топливные компании будут против.
            +1
            Ну отравить всю лабораторию будет сложнее (или что там со Стэнли Мэйером случилось), хотя могут и договориться. :(
              +16
              Ну отравить всю лабораторию будет сложнее (или что там со Стэнли Мэйером случилось)
              Если «топливные компании» станут травить каждого банального шарлатана типа Стэнли Мэйера, который утверждает что изобрёл что-то похожее на вечный двигатель, они вскоре разорятся только на отраве. Но я бы скинулся немного.
              +16
              Угу, производители угля остановили нефть, добытчики кремня не дали развернуться тем, кто делал наконечник стрел из бронзы…
              Вот почему в каждой такой теме появляется «умный» коментарий про страшные компании, которые тормозят прогресс.
                0
                Да я только за развитие и прогресс! Причём раньше задавить новую идею было проще. Сегодня есть кикстартер, да и рынок более развит. Так что есть шанс, что подобные идеи не сгниют, а наоборот. Но никто не хочет терять деньги, так что борьба будет точно.
                  –1
                  Тот комментарий не был сарказмом над Хабром?

                  *ушёл чинить детектор*
                  +9
                  Производители угля купили нефтяные скважины. Добытчики кремня вымерли при нападении владельцев бронзовых наконечников. Люди кончервативны. Старое умирает только вынужденно.
                    +6
                    Эпичная у вас опечаточка вышла…
                      0
                      А табачные компании вложились в электронные сигареты.
                      Прогресс никто не может остановить.
                      0
                      Вот почему в каждой такой теме появляется «умный» коментарий про страшные компании, которые тормозят прогресс
                      хз про компании, но отдел в каком то НИИ в России (вот к сожалению не запомнил, может красноярск/краснодар/… — источник информации 'та еще бабушка сказала') буквально ~5 лет назад, разогнали и припугнули чтобы не занимались разработками в альтернативной энергетике (у них было что то с водородом, толи абсорбирование в металле, толи еще какие альтернативные способы хранения, были позже публикации но уже скорее всего не от них).

                      Собственно логично, в стране, где сделана ставка на угле/нефте-энергоносители, странно чтобы эта страна финансировала освобождение из этой кабалы :)
                    +8
                    И почему никто раньше не догадался использовать никель? Это довольно распространненый метал, да и опыт не сложный.
                      +44
                      Как обычно, все немного сложнее. Если почитать оригинальную статью, то у них там какая-то сложная нано-структура на углеродных нанотрубках и никеле, вроде как комбинация двух уже известных, но не так хорошо работающих нано-структур. Ниже картинка из оригинальной статьи. Их структура—это а), ​NiO/Ni-CNT, а две другие, на основе которых они сделали свою—b) и с), соответственно (NiO/CNT и ​Ni/CNT).
                      .
                      +12
                      Я правильно понимаю, что в статье ничего не говорится о увеличении КПД электролиза, таким образом, основная проблема — двойное преобразование электричества сначала в водород, а потом при помощи топливной ячейки обратно в электроэнергию — сохраняется? То есть профит только в отказе от электродов с содержанием драгметаллов при производстве водорода из воды.
                        +1
                        еще в снижении напряжения, необходимого для процесса
                          +2
                          И в чем преимущество от снижения напряжения?
                          По-моему в промышленных масштабах при прочих равных наоборот, выгоднее повышать напряжение с тем, чтобы понизить ток и меньше терять на нагреве.
                            +3
                            При прочих равных, если для электролиза требуется определенное количество электричества, при низком напряжении энергии потребуется меньше.
                            То есть, можно предположить, что такой электролиз потенциально может иметь более высокий КПД.
                              +8
                              Если перефразировать, вы сейчас сказали, что, уменьшив силу напора воды из шланга, потребуется меньше воды, чтобы налить ванну.
                              Или я Вас не понял? Что такое «количество электричества» и что такое «энергия»?
                                +2
                                Количество электричества — другое название для электрического заряда :)
                                  0
                                  Только сейчас(точнее через 5 минут после написания предыдущего комментария, но писать могу раз в час) вспомнил первый закон Фарадея и понял что «количество электричества» это электрический заряд. Сказать честно, крайне редко встречал такую(«количество электричества») формулировку, по-этому аж покоробило, первая ассоциация была именно с энергией.
                                  +2
                                  Количество электричества — это количество электронов. Измеряется в штуках.

                                  Энергия — первый интеграл движения системы.

                                  Не надо путать ЛЭП (Которая из себя представляет тупо резистор. Чем меньше ток — тем меньше нагрев.) и электролиз. Чем больше ток — тем быстрее идёт электролиз.

                                  Но на энергии тут не выиграть, потому что энегрия всё равно по большей части как раз на то и тратится, чтобы запихать электроны в дырки.

                                  Вообще, результат очень крутой, но боюсь, применение у него будет только в случае если получившийся водород можно будет сразу преобразовывать в гелий. (термоядерный процесс) А иначе это просто крутой академический результат. В ноутбук водородный движок не запихаешь — это же всё равно будет ДВС, либо паровая машина.
                                    0
                                    Если для протекания процесса нужно перемещение Н электронов, то при более низком напряжении будет потрачено меньше энергии. По-моему выходит так.

                                    А в ноутбук можно топливную ячейку запихнуть. У нее на выходе электричество и водичка.
                                      0
                                      >В ноутбук водородный движок не запихаешь — это же всё равно будет ДВС, либо паровая машина.
                                      Топливный элемент — Википедия
                                      0
                                      Если грубо — то количество штучек электронов прошедших через раствор. Закон сохранения энергии не обманешь. К.п.д. всё равно будет меньше 100%. Есть минимальное напряжение для данной реакции. Обычно требуется приложить большее. Суммарный ток при этом остаётся тем же, но энергия разная из-за разного напряжения. Вот инвертированный пример: — батарейка даёт 1,5 В напряжения(на самом деле побольше). Она может давать меньше, но это будет плохая батарейка. В реальности, я думаю речь идёт об увеличении к.п.д., в лучшем случае на 2%.
                                      +1
                                      Я исходил из того, что для получения единицы газа потребуется выполнить ту же, что и раньше работу, вне зависимости как и в каких единицах измерить. Учитывая, что не обещают улучшения КПД, скорее так и есть. Но обещают меньшее напряжение для реакции. Вот мне и интересно, что на практике это даст.
                                  +2
                                  Главное преимущество тут не в энергоэффективности, а в способе хранения энергии. Предположительно, водородные ячейки сохраняют больше энергии на единицу массы, чем современные аккумуляторы и топливо.
                                  +2
                                  предполагаю, дальше они хотят упростить обратный процесс — электричество из водорода без платины.
                                    0
                                    а где вы собираетесь брать оксид никеля? никель то ок
                                      +31
                                      За последние пару лет была целая куча репортажей о том что научились добывать энергию/топливо чуть-ли не из камней, что придумали супер-аккумуляторы с плотностью хранения энергии почти на уровне бензина, но все они оставляют лёгкое чувство горечи от взгляда на смартфон, который с трудом доживает до вечера.
                                      Требую репортаж о выходе этих технологий на массовый рынок!
                                        +19
                                        Тише, а то за вами выедет бензовоз.
                                          +3
                                          С водородом — то же самое. Отличное топливо, но очень проблемное при хранении.
                                            +1
                                            ну вот потому и всё время придумывают варианты для получения водорода на месте
                                              +2
                                              И все они сводятся к Большой Батарейке :-( Или негодны по причине малого удельного выхода. Или невозможности использовать отходы реакции.
                                            +11
                                            Я думаю, надо еще делать поправку на журналистов и пиар, в оригинальных статьях все описывается гораздо скромнее. Вот даже и
                                            комикс есть
                                            image
                                            +4
                                            Я чего-то забыл уже, но мне всегда казалось что для начала электролиза нужно напряжение порядка единиц вольт? Эффективные электролизеры воды, например, были у нас в лабах еще в начала 2000х: один девайс размером с сигаретную пачку успешно обеспечивал весь корпус водородом.
                                              0
                                              Видимо потребности корпуса в водороде были довольно скромны.
                                                0
                                                Десятки литров, если я ничего не путаю.
                                                  0
                                                  При каком давлении? В секунду? В день? В месяц? От этого многое зависит.
                                                    0
                                                    Давление низкое, в сутки.
                                                      +1
                                                      Низкое — видимо близкое к атмосферному в данном случае. Десятки литров — это примерно единицы молей, число Фарадея (96500 кулонов на моль при валентности=1) очень близко к числу секунд в сутках. Поэтому ампер через такую ячейку примепрно равен 10 литрам в сутки, единицы ампер при постоянной работе вполне «тепличная» величина для электролизной ячейки размером с сигаретную пачку.
                                                    • UFO just landed and posted this here
                                                +5
                                                Текст какой-то несвязный.

                                                1. Усовершенствован метод электролиза, с помощью которого добывают водород. Причём тут топливные ячейки, которые его тратят?
                                                2. «при использовании водородных топливных ячеек единственным побочным продуктом сгорания является вода». Какое такое сгорание в топливных ячейках?!
                                                  0
                                                  Видимо имелось в виду окисление водорода.
                                                  +5
                                                  Электролиз идет при любом напряжении, достаточно насыпать в стакан ложку соды и опустить два гвоздя с подведенным постоянным током.
                                                  Но все равно использовать электричество для производства водорода будет крайне дорого, гораздо дешевле восстанавливать углем либо природным газом.
                                                    0
                                                    Cотовые телефоны на угле или природном газе вряд ли будут пользоваться популярностью.

                                                    Насколько я понял смысл в том, чтобы заряжать топливные элементы от сети (как аккумуляторы) вместо того, чтобы их выбрасывать (как обычные батарейки).
                                                      0
                                                      И что будет потом с этими гвоздями?
                                                      • UFO just landed and posted this here
                                                          +1
                                                          Гвозди быстро растворяются. Вообще, электроды из любых металлов, до которых я мог дотянуться в детстве, растворялись за несколько минут. Ситуацию неожиданно исправил графит, который используется в токосъемниках троллейбусов. Контакты из графита не разлагались, так что в перспективе это обеспечило бы меня водородом для любых, даже самых разрушительных опытов, если бы папин блок питания не сгорел…
                                                        +6
                                                        А при чём тут напряжение? Скорость электролиза зависит от тока, ток — да, зависит от напряжения, но только через сопротивление раствора. А оно, по-моему представлению, от электродов не должно зависеть. Именно поэтому при электролизе добавляют электролит, увеличивающий проводимость, а электроды выбирают лишь бы были химически инертными.

                                                        Каким образом с новыми электродами достигается повышение плотности тока при прежнем сопротивлении раствора?
                                                          +2
                                                          Вот именно, я тоже посидел погуглил, потому как с институтской скамьи помню, что количество вещества пропорционально количеству тока, ну или количеству заряда (закон Фарадея).
                                                          Максимум, что они могли сделать — это либо увеличить выход, или же просто изобрели дешёвые электроды.
                                                            0
                                                            Наноэлектроды дешевле двух стальных гвоздей?
                                                            • UFO just landed and posted this here
                                                              • UFO just landed and posted this here
                                                                +1
                                                                Ну как вы не понимаете? В обычном электролите перемещаются электроны. А если сделать катод и анод особенным способом — то будут перемещаться не только электроны, но и дырки, что даст вдвое больше водорода из одного и того же количества воды!
                                                                  0
                                                                  если начнут двигаться и дырки, то ток будет в 2 раза (ну почти) больше… называется это электрон-дырочная проводимость. На сколько я помню это относится к полупроводникам, а ток в растворе обусловлен движением ионов… ну если назвать катионы — дырками а анионы — электронами, тогда да.
                                                                    0
                                                                    Это ж каким таким особенным способом нужно делать катод и анод, что бы из одного количества вещества получилось в два раза больше? Откуда оно возьмётся?
                                                                    • UFO just landed and posted this here
                                                                        0
                                                                        Да, что-то у меня сегодня детектор клинит с самого утра. Спасибо
                                                                    0
                                                                    Энергия пропорциональна произведению тока и напряжения. Если при неизменном токе напряжение уменьшить, энергия тоже уменьшится (а КПД, соответственно, возрастёт).
                                                                    0
                                                                    Увеличить площадь контакта с жидкостью при неизменном объеме жидкости. Это уменьшает сопротивление между электродами. Подобную проблему пытаются решить в ионисторах.
                                                                    0
                                                                    Несколько смущает общая концепция: если добывать водород стационарно (удешевлять современную технологию) и заправляться им, то нас ожидают славные Гинденбурги. Если добывать его «на ходу» возя в топливном баке воду, то проще эту электроэнергию сразу подать на электродвигатель. Разве что в реактивных двигателях это может иметь смысл, да и то как-то…
                                                                      +1
                                                                      Кстати, автомобиль на водороде уже был — Honda FCX Clarity
                                                                        0
                                                                        А ещё был вариант от BMW, где водород сжигался, но с выхлопом грязнее чем от бензина.

                                                                        Оба варианта в серию не пошли
                                                                          0
                                                                          А как можно грязно сжечь водород?
                                                                            0
                                                                            В выхлопе этих автомобилей содержится CO2 видимо больше, чем в выхлопе обычных бензиновых.
                                                                              +1
                                                                              А откуда там углерод?
                                                                                0
                                                                                Кстати, да, логично :-D Что-то не подумал…
                                                                                  +3
                                                                                  От бензина, ко торый использовался для работы генератора, который вырабатывал электричество для производства водорода.
                                                                                0
                                                                                Чисто его можно сжечь только с чистым кислородом, а его сжигали с воздухом. Какие-то нехорошие соединения с азотом в процессе возникали, насколько помню.
                                                                          • UFO just landed and posted this here
                                                                              +5
                                                                              А если еще почитать о возможных причинах аварии (основная — механическое повреждение (разрыв) одной из секций, альтернативная — взрыв мины (!)) — то становится понятно, что при нормальной организации процесса опасность минимальна.
                                                                                +2
                                                                                Ну если бы титаник затонул в порту, то спаслись бы почти все.
                                                                                • UFO just landed and posted this here
                                                                                    +1
                                                                                    Используя современные материалы можно вполне построить хороший дирижабль. На гелии, с углепластиковыми и кевларовыми конструкциями. Я бы на таком с удовольствием полетал через атлантику.
                                                                                    0
                                                                                    Я просто оставлю это здесь.
                                                                                –3
                                                                                Возможно мы не поняли смысл статьи, потому что заявляется буквально о том, что преодолен закон сохранения энергии, а именно: энергия затрачиваемая на разрыв молекулярных связей в молекуле воды меньше, чем на их восстановление при окислении водорода.
                                                                                  +1
                                                                                  Новая версия закона — затраты энергии на производство электродов, проводов, батарейки, бадейки больше получаемой.
                                                                                    –1
                                                                                    Погуглите «резонансный электролиз воды» и «ячейка Мейера». Этой технологии уже лет 30, если не больше.
                                                                                    • UFO just landed and posted this here
                                                                                        –2
                                                                                        Да ладно, на Ютубе полно роликов с демонстрацией этой технологии. Другой вопрос, что она не получила широкого распространения, поскольку требует довольно специфических и дорогостоящих комплектующих, чтобы приносить ощутимый профит в домашних условиях. Одно время было интересно, перечитал кучу статей на эту тему, в итоге у всех все упирается в необходимость особой стали для электродов, нехватку качественных генераторов СВЧ-излучения и многое другое.
                                                                                          +4
                                                                                          Да ладно, на Ютубе полно роликов с демонстрацией этой технологии.
                                                                                          Каких только роликов там нету, вплоть до вечных двигателей. Факт остаётся фактом — КПД заявленный никто получить не смог, получается обычный электролиз. Вы же, судя по тому, что изначальный ваш ответ про ячейку Мейера был на комментарий
                                                                                          потому что заявляется буквально о том, что преодолен закон сохранения энергии, а именно: энергия затрачиваемая на разрыв молекулярных связей в молекуле воды меньше, чем на их восстановление при окислении водорода
                                                                                          вроде как косвенно заявляете об обратном. Будто действительно можно порвать молекулу за меньшую энергию, чем потом выделится при обратном окислении.
                                                                                    +1
                                                                                    Илону Маску это понравится :-)
                                                                                      0
                                                                                      Ракета на батарейках? )
                                                                                        0
                                                                                        Не, я тогда имел ввиду для электрокаров Tesla Motors.
                                                                                      +2
                                                                                      Насколько помню, количество выделившегося при электролизе вещества прямо пропорционально прошедшему через воду заряду.
                                                                                      Электроды не участвуют в формуле.

                                                                                      Возможно, речь идет о том, что прорыв в том, что можно многократно сократить размер пластин при той же газоотдаче.
                                                                                        +1
                                                                                        >> На одной такой ячейке, к примеру, мобильный телефон может работать несколько десятилетий.

                                                                                        Если бы это было так, то выпускали бы мобилу с одной такой ячейкой в продажу, все равно мобилу максимум пару лет используют. В общем, не верю я в эту фразу.
                                                                                          +2
                                                                                          Будет стандарт для ячеек — свою старую ячейку будете вставлять в новый телефон )
                                                                                          +6
                                                                                          Если взять для примера автомобиль, то его никогда не нужно будет заправлять топливом (возможно, один раз в два-три года при интенсивном использовании)

                                                                                          Если 25 литров бензина в день — «интенсивное использование». То два года это 18 тонн бензина.
                                                                                          Удельная теплота сгорания газообразного водорода — 120, бензина — 40 МДж/кг. Разница всего в три раза. Что-то не сходится.
                                                                                            0
                                                                                            Топливом заправлять не надо, надо будет только воду заливать(она не топливо!) и заряжаться электричеством.
                                                                                              0
                                                                                              да, интересно, видимо авторами предполагается что вода бесплатная и заливается сама? как бы она дороже бензина не стала (с учетом что в отличие от бензина вода еще и жизненно необходима нам самим) ведь соленая вода скорее всего будет непригодна в технических целях, а количество пресной медленно но верно уменьшается
                                                                                                0
                                                                                                Наверно, можно устроить замкнутый цикл — тогда воду надо будет только доливать, когда она испарится из батареи через микротрещины.
                                                                                                  +3
                                                                                                  «Воды нет, всю воду в луц переработали» (с)
                                                                                                  0
                                                                                                  Уже давно как научились опреснять.
                                                                                                  • UFO just landed and posted this here
                                                                                                      0
                                                                                                      Воду дома можно дистиллировать. Это ж не бензин и не метан/пропан/бутан делать. =)

                                                                                                      А электричество — ветрогенератор/солнечная панель. Даже солнцем испарять и конденсировать.
                                                                                                        0
                                                                                                        Скорость дистилляции какая будет? Сколько энергии на это уйдёт?
                                                                                                          0
                                                                                                          Фильтр обратного осмоса (тот, что воду чистит) использует напор воды. 1 часть чистой воды на 5 частей воды с примесями (обычно её в канализацию сливают или в ведро — для технических нужд, мойки пола). 10 литровый накопитель наполняется часов за 5. Есть накопители и на 60 литров. Есть расходники в виде фильтров. Конечно, на создание давления в водопроводе тратится какая-то энергия. Но ведь не вся вода в топливной ячейке пропадает? Обратный процесс с генерацией воды считай создает дистиллированную воду =). Нужно только восстанавливать потери утечки.

                                                                                                          Если использовать солнце, испаряя воду, а конденсат собирать на теневой стороне дом — то нисколько.

                                                                                                            0
                                                                                                            Ясно, спасибо. Знать бы ещё расход. Если за час будут расходоваться менее двух литров полученной очищенной воды (насколько менее — зависит от того, сколько воды из водопровода будет идти на другие нужды), то в целом сценарий очистки воды для «заправки» топливных элементов можно считать реальным.
                                                                                              +2
                                                                                              Неуж-то они наконец-то вспомнили основы химии?

                                                                                              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.