ידענים: דלק מימן | כימיה

מאת 5 במאי 2010 2 תגובות

צורה חדשה של פלטינה, שתוכל לשמש להכנת תאי-דלק יעילים וזולים יותר, הוכנה ע"י חוקרים מאוניברסיטת יוסטון. התהליך, שמתואר בכתב-העת המדעי Nature Chemistry, יוכל לסייע בהרחבת קשת היישומים של תאי-דלק – התקנים המייצרים אנרגיה חסרת-פליטות ממימן.

ממשתתפי המחקר: הירוהיטו נגסאווה (משמאל) אנדרס נילסון (מרכז) ןמייק טוני (מימין). צילום Kelen Tuttle

ממשתתפי המחקר: הירוהיטו נגסאווה (משמאל) אנדרס נילסון (מרכז) ןמייק טוני (מימין). צילום Kelen Tuttle

"זוהי התקדמות משמעותית," אמר המדען Anders Nilsson, המבצע את המחקר במכון למדעי האנרגיה והחומרים באוניברסיטת סטנפורד. "תאי-דלק הומצאו לפני יותר ממאה שנים, אולם מאז ועד ימינו הם עדיין לא ביצעו את הקפיצה הטכנולוגית הגדולה שציפו מהם, גם בשל בעיה זו עם פלטינה."

בתאי-דלק טמונה הבטחה גדולה לאנרגיה נקייה מאחר ותוצר-הלוואי היחיד שלהם הינו מים. אולם, הדגמים הנוכחיים של תאי-דלק דורשים כמאה גרמים של פלטינה, מה שמייקר את עלותם עד כדי אלפי דולרים.

ע"י כוונון הפעילות של הפלטינה, החוקרים הצליחו להפחית את הכמות הנדרשת שלה בשמונים אחוזים, והם מקווים להפחית את זה בעוד עשרה אחוזים, דבר שיביא לקיצוץ רציני במחירם הכולל של תאי-דלק."

תאי-דלק פועלים בדומה לסוללות – אנודה מספקת אלקטרונים והקתודה קולטת אותם בקצה השני של המעגל החשמלי. אולם, שלא כמו סוללות, תאי-דלק משתמשים במימן וחמצן בכדי להניע את התגובות יוצרות האנרגיה שלהם; כאשר פרודת חמצן מגיעה למתכת הקתודה היא מפורקת לשני אטומים לפני שהם יוצרים מים בתגובה עם מימן.

סוג המתכת הנבחרת עבור הקתודה חשוב ביותר, מאחר ומתכות מסוימות לא מצליחות לפרק את פרודת החמצן, בעוד שאחרות נקשרות אליה חזק מדי ובכך נמנעת התגובה הרצויה. מדענים העוסקים בתחום זה מחפשים את "נקודת האיזון" – המצב בו קיים המספר המרבי של קשרי-חמצן הנשברים והקישור החלש ביותר האפשרי עם הזרז. החוקרים השיגו יעד זה עם פלטינה – היא פעילה דיה בכדי לפרק את הקשרים בפרודת החמצן, אולם היא אינה נקשרת לאטומי החמצן החופשיים בחוזקה. לרוע המזל, עלותה גבוהה והיא הופכת את תאי-הדלק מבוססי-הפלטינה ליקרים מדי.

בשנת 2005, החוקר Peter Strasser מאוניברסיטת יוסטון החל לחפש פתרונות לבעייתיות השימוש בפלטינה, לא באמצעות החלפתה לחלוטין, כפי שניסו לעשות חוקרים אחרים, אלא ע"י הגברת פעילותה הכימית.

לשם כך, החוקרים השתמשו בתהליך המכונה " חִלְחוּל בררני" (dealloying, Selective leaching, הערך בוויקיפדיה). בשלב הראשון, הם ערבבו פלטינה עם כמויות משתנות של נחושת בכדי ליצור סגסוגות פלטינה-נחושת. בשלב הבא הם הרחיקו את הנחושת מפני-שטח הסגסוגת. כאשר הם בחנו את תכונות הקישור של הסגסוגות המטופלות הללו הם גילו כי הן היו הרבה יותר פעילות מפלטינה מקורית.

בכדי להבין מדוע זה מתרחש, החוקרים בחנו דגימות של חומרים אלו תחת אלומת קרני-רנטגן עוצמתית. ע"י בחינת האופן שבו הקרניים מפוזרות החוצה מדגימות החומרים, החוקרים הצליחו לקבל תמונה מפורטת של המבנה הפנימי של המתכת, ולחשוף שהפעילות המוגברת מקורה בלחץ סריגי (lattice strain) – תופעה שבה סידור אטומי הפלטינה משתנה. ע"י לחיצת אטומי משטח הפלטינה ודחיסתם יחדיו יותר, התהליך גורם לאטומים להגיב עם אטומי החמצן במידה חלשה יותר ומקרב את החוקרים לאותה נקודת איזון נכספת.

"המרחק שבין שני אטומים סמוכים משפיע על תכונותיהם האלקטרוניות," מסביר החוקר הראשי. "באמצעות שינוי המרחק הבין-אטומי אנו מסוגלים לשלוט במידת הקישור שלהם."

השלב הבא של החוקרים הוא להשתמש בשיטת קרני-הרנטגן בכדי לקבל מידע מפורט יותר לגביי התגובה שבין אטומי החמצן ואטומי הפלטינה, ולקבוע מה ניתן לעשות בכדי לייעל עוד יותר את התהליך. היעד הסופי הוא ליצור חלופה אפשרית לא רק עבור מנועי בנזין אלא גם עבור סוללות המצויות בהתקנים אלקטרוניים זעירים.

הידיעה ממכון המחקר

2 תגובות ל “צורה חדשה של פלטינה ושימושה בתאי-דלק”

  1. חיים ישראל

    על כך ניתן לעענות 2 דברים

    1. המזהמים הנפלטים מתחנת כח פחמית מטולים טוב יותר מאשר אלו הנפלטים מרחבים . בתחנת כח שכזו מטפלים בתחמוצות גפרית וחנקן, חלקיקים ויש גם תכניות ללכוד את הפחמן הדו חמצני ולקבור אותו בים – דברים אלו לא מבוצעים היום ברכבים .
    2. ניתן לייצר מימן בלילה אז יש דרישה נמוכה לחשמל וחלק גדול ממנו מבוזבז בשעות הלילה כך שקיים סיכוי לחסוך כאן ביצירת גזי חממה .
    3. אם החשמל מיוצר ממור של אנרגיה מתחדשת – אז באמת אין תרומה ליצירת גזי חממה .

  2. מקס פאואר

    גז המימן אינו חופשי באטמוספירה יש לפרק אותו ממים פעולה זו צורכת כמויות גדולות של חשמל, רוב החשמל בעולם מופק מפחם וגז טבעי ,אז יבנו תחנות כח לייצור חשמל רובם צורכות פחם והתרומה להפחתת גזי חממה תהיה שולית.

הוספת תגובה

  • (will not be published)