「太陽エネルギー生産における水素貯蔵の統合」を動力源とする水素燃料電池の開発

サンドイッチ、私たちの多くは味わってきましたが、今日のテクノロジーの可視性「サンドイッチ」は素晴らしいです。従来の蓄電池を小さな発電所に変えることができ、従来の電池との最大の違いは、クリーンなエネルギー源でもあるということです。

中国科学技術大学の研究チームによる最近の研究では、グラフェン材料を「コンテナ」として使用し、「サンドイッチ」に似た構造を使用することで、高水素貯蔵下での安全な水素貯蔵の問題を解決できることが期待されています。速度と低コストの水素収集により、水素燃料電池の開発に貢献します。この研究の関連論文は、学術雑誌NatureNewsletterに掲載されました。

水素はガソリンの3倍の高温です。

水素エネルギーはクリーンエネルギー源として認識されています。 1970年代には、「水素エネルギー経済」の概念が提案されました。簡単に言えば、太陽光を利用して水素の生産を促進し、水素を媒体（準備、貯蔵、輸送、変換）として使用して既存の石油経済システムに取って代わり、環境再生の目標を達成することを想定しています。

水素エネルギーの利点について、上記の論文の通信著者である中国科学技術大学の化学材料科学部の江潤教授は、3つの点について述べました。まず、水素含有量が高い。核燃料を除いて、水素の発熱量は現在すべての燃料です。最高はガソリンの3倍です。水素の高エネルギーは、水素を推進宇宙船の重要な燃料の1つにします。第二に、水素はクリーンなエネルギー源であり、それ自体は無毒であり、燃焼生成物は水であり、汚染がなく、リサイクルすることができます。第三に、水素源も非常に広範囲です。化石燃料からの水素の生成に加えて、遍在する水は「水素鉱山」とも呼ばれます。

現在、水素エネルギーの利用は主に燃料電池に基づいています。燃料電池の概念は、1839年に英国のウェールズの科学者であるウィリアムグローブによって最初に提案されました。燃料と空気が燃料電池に送られ、電気が生成されました。電池のように外から正極と負極、電解質を見ますが、本質的には「電気を蓄える」ことはできず、「発電所」です。

水素燃料電池と通常のバッテリーの主な違いは、乾電池とバッテリーは、電気エネルギーを貯蔵し、必要に応じて放出するエネルギー貯蔵装置であるということです。水素燃料電池は、厳密には化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置です。

水素エネルギーのコストとセキュリティは限られたままです

浙江大学化学工学・生物工学科の趙永志准教授などの専門家は、燃料電池自動車、分散型発電、非常用電力供給などの分野での水素エネルギーの応用が工業化に近づいていると信じています。

水素燃料電池車の場合、少量で販売されているトヨタの実験用水素燃料電池車「みらい」など、日本の研究は「非常に早い段階で」進んでいます。中国では、水素燃料電池車の開発も密接にフォローされています。北京オリンピック、上海国際博覧会、広州アジア競技大会、深センユニバーシアードの期間中、中国は燃料電池車の実証プロジェクトを開始しました。

清華大学自動車工学科のLijianqiu教授は、2020年までに国内の燃料電池車で約10,000台の実証作業が行われると考えています。 2025年以降、燃料電池車の生産は大幅に増加し、年間10万台の割合で増加します。増加する。

ただし、コストとセキュリティの考慮事項は避けられません。たとえば、同済大学自動車学部の副研究員である鄭潤生氏はかつて、バッテリー価格の高さが水素燃料車の開発を制限するボトルネックの1つであると述べた。彼は、水素燃料電池の触媒は高価な白金族金属であり、技術の進歩によりその使用は大幅に削減されたものの、水素燃料電池のコストは依然として制限されていると説明しました。さらに、水素の貯蔵と輸送に特別な困難があるため、水素燃料電池車の重要なインフラストラクチャとしての水素燃料補給ステーションの高コストは、その推進を制限している。

「分散型発電」とは、一般に、エンドユーザー（工場、商業企業、公共の建物、近隣、個人の家庭）から統合または分離された小型の発電装置を指します。現在、燃料電池を利用した分散型発電は、当初、欧米、日本、韓国で商業化され始めています。

また、非常用電源としての水素燃料電池は、鉛蓄電池に比べてエネルギー効率が高く、環境に優しく、面積が小さく、光品質が良く、安定して信頼性が高く、長寿命であるという特徴があります。また、非常用電力市場でも支持され始めています。現在、通信の分野では、非常用電源として燃料電池を使用することは珍しくありません。たとえば、中国の3つの主要な電気通信事業者は、すでに燃料電池のバックアップ電源を使用しています。

Tyr Tyr、Ph.D。の論文によると、効率的な水素貯蔵は、燃料電池の広範な商業利用の条件です。蘭州大学で物理学を専攻。ただし、圧縮、液化、金属酸化物など、ほとんどの水素貯蔵方法は、化石燃料を完全に置き換えるための最低基準を満たすことは困難です。

水素燃料電池の場合、科学者が保管するもう1つのアイデアは、水素を物理的または化学的に吸着して、金属原子を含む金属水素化物や有機分子を含む化学水素化物などの固体物質を形成することです。さらに、フラーレン、グラフェン、その他の吸着などの大きな表面材料の使用も考え方です。

グラフェンによる安全な水素貯蔵

2004年、英国のマンチェスター大学のAndelie・haimu教授とKangsitanding・nuowoxiaoluofu博士は、安定したグラフェンを得るために、ダクトテープで高指向性の熱分解グラファイトを繰り返し剥ぎ取りました。グラフェンの優れた電気的、光学的、機械的特性、およびグラフェンの幅広い応用の見通しにより、その発見者であるNuowoxiaoluofuとDavid Schneiderは、2010年のノーベル物理学賞を受賞しました。

グラフェンの製造に成功した後、Heimチームはさらに研究を行い、グラフェンが陽子に浸透できることを確認しました。つまり、空気中の水素を燃料電池にして、電気と水を生成し、炭素や汚染のない革新的な環境エネルギーにすることができます。 。

江潤氏は、彼らの研究は近年のハイムの研究に触発されたと述べた。グラフェンはすべての気体と液体を分離できるが、陽子に対して「片側を開いて」それらを寛大に放出することができる。陽子のためのこの自然な「インスタントドア」を使用して、Jiangjunらは、炭素と窒素の材料を2層のグラフェンに挟む「サンドイッチ」構造を設計しました。

このサンドイッチ構造は、紫外線と可視光線の両方を同時に吸収し、太陽光の連続的な流れを使用して正と負の電荷を生成し、エネルギーで正と負の電荷をすばやく分離し、グラフェンと炭素の外層に流れ、それぞれ窒素。層、完全にそれぞれの機能を適用します：グラフェンの表面の水分子は陽子を生成するために正電荷の助けを借りて分解します。これらの陽子はグラフェンに浸透し、電子と反応して水素を生成します。プロトンのみがグラフェンを通過でき、結果として生じる水素はグラフェンを透過できないため、光解離によって生成された水素分子はサンドイッチ化合物システムに安全に保持されます。同時に、酸素原子、酸素、ヒドロキシル基などの物質が複雑系に入ることができないため、酸素と水素の水中への逆反応を抑制し、高い水素貯蔵率で安全な水素貯蔵を実現します。

Jiangjun氏は、グラフェン、炭素および窒素材料だけでなく、フラーレン、カーボンナノ粒子、光触媒などもこの複雑なシステムで使用できると述べました。これにより、太陽エネルギー分解水を水素エネルギーに変換する可能性が生まれ、水素エネルギーの大規模な利用に貢献しています。

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