О продукции
Муравьиная кислота обеспечит питанием мобильные устройства?
В наши дни активно ведётся разработка эффективных источников питания для портативных электронных устройств. Одно из перспективных направлений – использование топливных элементов, которые вырабатывают электрическую энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, подобно ячейкам аккумулятора. В отличие от аккумуляторной ячейки, в топливном элементе в ходе реакции расходуется топливо, и для возобновления работы требуется его замена. В аккумуляторе работоспособность восстанавливается в результате зарядки от электрической сети. Преимуществом топливного элемента является продолжительный срок службы и автономная работа (без электросети). Во многих современных топливных элементах в качестве топлива используется водород, вступающий в реакцию с кислородом воздуха, поэтому они не загрязняют окружающую среду.
Теория создания топливного элемента была разработана ещё в позапрошлом веке, а промышленное применение этих устройств началось во второй половине прошлого века.
Топливный элемент состоит из электродов – анода и катода – и размещённой между ними мембраны, на которую с обеих сторон нанесён катализатор, повышающий эффективность окислительно-восстановительной реакции. К аноду подаётся топливо (водород), а к катоду – окислитель (кислород воздуха, например). Реакция окисления топлива происходит в среде электролита, который не вступает в реакцию непосредственно, а лишь осуществляет перенос ионов. Мембрана изготовлена таким образом, что пропускает только положительно заряженные частицы, оставаясь непроницаемой для электронов, которые подаются во внешнюю электрическую цепь катод–анод. В качестве катализатора во многих топливных элементах используется благородный металл платина. Он способствует разложению атомов водорода на протоны и электроны на аноде и соединению протонов и электронов с окислителем (кислородом) на катоде. В водородном элементе на катоде происходит выделение воды и тепла. Потери в топливном элементе складываются из электрического сопротивления компонентов и перенапряжения, которое требуется преодолеть для протекания реакции.
Одним из наиболее перспективных топливных элементов является устройство на основе муравьиной кислоты, являющейся поставщиком водорода. Муравьиная кислота – дешёвый продукт, который может быть получен при обработке древесины. Она относительно мало токсична (по сравнению с применяемым с той же целью метиловым спиртом), а также пожаробезопасна. Однако долгое время муравьиная кислота считалась малоперспективной для изготовления топливных элементов в связи с большой величиной перенапряжения. Проблему удалось решить, используя вместо традиционных платиновых катализаторов палладиевые. К тому же этот благородный металл примерно вдвое дешевле платины. В начале этого года поступило сообщение, что в шведском университете Умео учёным Флорианом Нитце был разработан новый высокоэффективный катализатор для топливных ячеек на муравьиной кислоте. Предложенный катализатор состоит из спиралевидных угольных волокон (толщиной около 50 нм), на которые нанесены палладиевые наночастицы (их размер – до 10 нм). Учёный прогнозирует очень скорое появление дешёвых и эффективных топливных микроэлементов на муравьином спирте, которые будут повсеместно использоваться для смартфонов и планшетов.
В настоящее время компания Tekion (США) занимается разработкой микроэлементов питания для мобильных устройств на основе топливных элементов на муравьиной кислоте и обычных аккумуляторных батарей, работающих в паре: топливный элемент периодически подзаряжает батарею. Возобновление работоспособности устройства происходит путём добавления муравьиной кислоты (с периодичностью раз в несколько дней или недель).