gh ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА БИОЭТАНОЛЕ

Идея создания новых источников для питания портативных электронных устройств принимает более реальные очертания. Однако главная надежда - метаноловые элементы, хотя и обеспечивают большую энергоемкость по сравнению с литий-ионными аккумуляторами и никель-металлгидридными, все-таки используют для своей работы яд – метиловый спирт. Главное коварство которого в том, что его очень трудно отличить от съедобного спирта, этилового. Поэтому ученые возлагают немалые надежды на собственно этанол, особенно биоэтанол, который легко получается сбраживанием растений. .

В Бразилии и США, например, фактически уже имеются системы распределения биоэтанола на автозаправочных станциях, поскольку его используют в качестве основной добавки к бензину. Другое важное преимущество этанола по сравнению с метанолом при использовании в портативных топливных элементах это экологическая безопасность. Более того, стоимость этанола, возобновляемого источника энергии, оказывается ниже, чем у невозобновляемого бензина. К сожалению, энергоемкость этанола ниже чем у бензина, чем, видимо, и объясняется отсутствие большого числа спиртовых автомобилей. Однако спиртовой топливный элемент может сделать спирт реальной альтернативой бензину.

Для того чтобы создать топливный элемент на этаноле, надо решить главную задачу – подобрать подходящие мембрану и катализатор.

Не имеющий аналогов элемент такого типа - этанольно-воздушный топливный элемент (или ЭВТЭ) с прямым окислением этанола в щелочной среде - разработали ученые из Института физической химии и электрохимии (ИФХЭ РАН) им.А.Н.Фрумкина.

Создать эффективный катализатор не так просто, говорят ученые. Это связано с тем, что катализатор должен обеспечивать разрыв углеродной связи в молекуле этанола и при этом не отравляться продуктами его окисления, а наибольшая эффективность использования этанола достигается при его глубоком окислении с образованием углекислоты. Платиновые катализаторы, привычные для других топливных элементов, работают здесь плохо, а анодные на основе других металлов в кислой среде невозможно использовать из-за их нестойкости. Поэтому ученые предложили использовать щелочную среду вместо кислой, которая не столь коррозионно активна. Они выбрали тип анодного катализатора и разработали его конструкцию – это наноразмерная система из рутения и никеля, синтезированная на углеродном носителе. Как оказалось, с ее помощью в щелочных средах происходит эффективное электроокисление этанола. Затем ученые исследовали кинетику окисления этанола в различных условиях. Они выяснили, что углубление электроокисления этанола достигается при повышении температуры, концентрации спирта и уменьшении перенапряжения.

«Сопоставление удельной активности разработанного в ИФХЭ РАН рутений-никелевого катализатора с активностью коммерческих (Е-ТЕК) платиновых катализаторов Pt и RuPt показало, что RuNi-катализатор практически не уступает коммерческим. Более того, в случае RuNi-катализатора отсутствует такое нежелательное явление, как предельный кинетический ток, обусловленный отравлением продуктами неполного окисления этанола. В перерасчете каталитической активности на один миллиграмм драгоценного металла это преимущество становится особенно очевидным», - замечают авторы исследования.

В топливном элементе ученые предложили использовать ионнообменную мембрану Nafion 117 с высокой электропроводностью и хорошими разделительными свойствами в отношении этанола, которая используется в боргидридно-щелочных топливных элементах. А также разработали оригинальные конструкции катода и анода. Это первый топливный элемент подобного типа, на электродах которого отсутствует платина

«Проведенные исследования позволили создать новую архитектуру этанольно-воздушного топливного элемента с катионообменной мембраной для прямого окисления биоэтанола в щелочной среде без использования платиновых катализаторов», - говорят авторы.

***