Исследователи из Стэнфордского университета создали электрокаталитический механизм для превращения воды в топливо, работающий как легкие млекопитающих.
Результаты проекта, представленные в Joule, могут помочь повысить эффективность существующих технологий производства чистой энергии, сообщает sciencedaily.com.
Дыхательный процесс млекопитающих – одна из сложнейших систем двустороннего газообмена в природе. С каждым вдохом воздух проходит бронхиолы, попадая в альвеолы. Отсюда га должен проникнуть в кровь без диффузии или образования опасных для организма пузырьков. Их появление предотвращает уникальная структура альвеол, включающая тонкие мембраны, отталкивающие молекулы воды на внутренней и притягивающие на внешней поверхности. Они же обеспечивают эффективность газообмена.
Вдохновленные этой структурой, ученые из лаборатории И Цуя, старшего автора работы, создали механизм, имитирующий альвеолы. Он включает два процесса, помогающие улучшить качество реакций в таких системах, как топливные элементы и металл-воздушные батареи.
Первый аналогичен выдыханию. Механизм производит водород, расщепляя воду за счет окисления ее молекул на аноде с одновременным восстановлением на катоде. Получившаяся пара газов быстро проходит сквозь тонкую, напоминающую альвеолярную, мембрану из полиэтилена, не теряя энергию на формирование пузырьков.
Второй процесс напоминает вдыхание. Он генерирует энергию с помощью реакции, поглощающей кислород. Газ поступает в катализатор на поверхности электрода и может использоваться как активное вещество в электрохимических процессах.
Дизайн выглядит многообещающе, хоть система и находится на ранних стадиях развития. Нанополиэтиленовая мембрана остается гидрофобной дольше стандартных углеродных газодиффузионных слоев. Модель также способна получать большую плотность тока и меньшее перенапряжение, в сравнении с обычными аналогами.
Авторы признают, что система нуждается в улучшении перед выходом на рынок. Так, полиэтилен не рассчитан на температуры свыше 100°С, что ограничивает области использования структуры. Команда уверена, что сможет заменить его похожими тонкими нанопористыми гидрофобными мембранами с большей термостойкостью. Группа также заинтересована в использовании дополнительных электрокатализаторов для полного раскрытия возможностей системы.
