Графену с дефектами нашли применение в топливных элементах

Физики из США показали, что локальные дефекты в кристаллической структуре однослойного графена могут привести к эффективному переносу протонов через него. Это может найти применение в конструкции топливных батарей будущего. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Северо-Западного университета в Иллинойсе.

Графен представляет собой двумерную кристаллическую решетку из атомов углерода, расположенных в вершинах правильного шестиугольника. При комнатных температурах перенос протонов через него происходит только при наличии в графене наноразмерных отверстий или его допировании (введении специальных примесей). Оказалось, что замена в некоторых местах такой решетки атомов углерода другими структурами (например, углеводородами или гидроксильными радикалами) образует дефекты, которые приводят к эффективному переносу протонов через слой графена.

Физики связывают это с классическим механизмом Гротгуса, известным из физической химии. Согласно нему, транспорт протона (положительного иона самого легкого атома водорода) в веществе растворителя (воды или углеводорода) происходит поэтапно от одной молекулы растворителя к другой благодаря наличию между ними водородной связи.

В веществе водородные связи выступают в качестве основы межмолекулярных взаимодействий и образования полимеров. В частности, именно водородные связи молекулы воды и механизм Гротгуса обеспечивают этой простой жидкости ее физические свойства (теплоемкость, вязкость и поверхностное натяжение).

Свои выводы ученые подтвердили снимками экспериментального слоя графена с деформациями, полученными с помощью сканирующего электронного микроскопа, а также компьютерным моделированием с использованием методов молекулярной динамики и функционала плотности. Ученые отмечают, что наблюдаемые ими модифицированные мембраны отличаются эффективным переносом протонов и его высокой селективностью. Это позволяет использовать их в будущих аккумуляторах.

В топливных элементах, преобразующих химическую энергию поступающих в батарею соединений в электрическую, используются специальные протоннообменные мембраны. Такие полимерные или керамические мембраны, как правило, разделяют электроды и служат для транспорта протонов в элементах. Ученые отмечают, что в будущем в таких батареях мембраны могут изготавливаться из графена.

lenta.ru

Оставаться в курсе всех наших новостей?

<div style="border:1px; width:450px; border-color:#701c1f; background-color:#F5F5F5; font-family:Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif"><div style="float:right; text-align:right"><a href="http://polit.pro"><img src="http://polit.pro/logo.png" height="15"/></a><br /><a href="<?if()?><?else?>/_nw/254/35815425.jpg<?endif?>" class="class1"><img src="/_nw/254/35815425.jpg" width="105" border="2"></a></div><b style="font-size:13px"><span style="color:#701c1f;">19 Марта 2015</span> - Графену с дефектами нашли применение в топливных элементах</b><br /><span style="font-size:11px"><a href="/news/1-0-8" title="Ещё материалы >>>" style="text-decoration:none; color:#000000"><div id="nativeroll_video_cont" style="display:none;"></div>Физики из США показали, что локальные дефекты в кристаллической структуре однослойного графена могут привести к эффективному переносу протонов через него. Это может найти применение в конструкции топливных батарей будущего. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Северо-Западного университета в Иллинойсе. <br /><br /> Графен представляет собой двумерную кристаллическую решетку из атомов углерода, расположенных в вершинах правильного шестиугольника. При комнатных температурах перенос протонов через него происходит только при наличии в графене наноразмерных отверстий или его допировании (введении специальных примесей). Оказалось, что замена в некоторых местах такой решетки атомов углерода другими структурами (например, углеводородами или гидроксильными радикалами) образует дефекты, которые приводят к эффективному переносу протонов через слой графена. <br /><br /> Физики связывают это с классическим механизмом Гротгуса, известным из физической химии. Согласно нему, транспорт протона (положительного иона самого легкого атома водорода) в веществе растворителя (воды или углеводорода) происходит поэтапно от одной молекулы растворителя к другой благодаря наличию между ними водородной связи. <br /><br /> В веществе водородные связи выступают в качестве основы межмолекулярных взаимодействий и образования полимеров. В частности, именно водородные связи молекулы воды и механизм Гротгуса обеспечивают этой простой жидкости ее физические свойства (теплоемкость, вязкость и поверхностное натяжение). <br /><br /> Свои выводы ученые подтвердили снимками экспериментального слоя графена с деформациями, полученными с помощью сканирующего электронного микроскопа, а также компьютерным моделированием с использованием методов молекулярной динамики и функционала плотности. Ученые отмечают, что наблюдаемые ими модифицированные мембраны отличаются эффективным переносом протонов и его высокой селективностью. Это позволяет использовать их в будущих аккумуляторах. <br /><br /> В топливных элементах, преобразующих химическую энергию поступающих в батарею соединений в электрическую, используются специальные протоннообменные мембраны. Такие полимерные или керамические мембраны, как правило, разделяют электроды и служат для транспорта протонов в элементах. Ученые отмечают, что в будущем в таких батареях мембраны могут изготавливаться из графена. <br /><br /> lenta.ru
		<script>
			var container = document.getElementById('nativeroll_video_cont');

if (container) {
				var parent = container.parentElement;

if (parent) {
					const wrapper = document.createElement('div');
					wrapper.classList.add('js-teasers-wrapper');

parent.insertBefore(wrapper, container.nextSibling);
				}
			}
		</script>
	</a></span></div>