اكتشف المهندسون في جامعة ويسكونسن-ميلووكي محفزًا قادرًا على إنتاج نفس مستوى الكفاءة في تطبيقات خلايا الوقود الميكروبية مثل المحفز البلاتيني المستخدم حاليًا وبخمسة بالمائة من تكلفته.
اكتشف المهندسون في جامعة ويسكونسن-ميلووكي محفزًا قادرًا على إنتاج نفس مستوى الكفاءة في تطبيقات خلايا الوقود الميكروبية مثل المحفز البلاتيني المستخدم حاليًا وبخمسة بالمائة من تكلفته.
وبالنظر إلى أن أكثر من ستين بالمائة من الاستثمار المالي في تطوير خلايا الوقود الميكروبية يرتبط بتكلفة معدن البلاتين، فإن الاكتشاف الحالي يمكن أن يؤدي إلى تطوير أجهزة أكثر كفاءة لتحويل وتخزين الطاقة.
المادة - أعواد الحديد والكربون النانوية الغنية بذرات النيتروجين - قادرة أيضًا على استبدال المحفز البلاتيني المستخدم اليوم في الخلايا التحليلية الميكروبية لإنتاج الهيدروجين، والتي تستخدم المواد العضوية لإنتاج وقود بديل محتمل للوقود الأحفوري.
يوضح البروفيسور جونهونغ تشين، الباحث الرئيسي: "خلايا الوقود قادرة على تحويل الوقود مباشرة إلى كهرباء". "بمساعدة خلايا الوقود، من الممكن الحصول على الطاقة الكهربائية من مصادر الطاقة المتجددة متى وأينما دعت الحاجة إليها، بطريقة نظيفة وفعالة ومستدامة." ووجد العلماء أيضًا أن المحفز الجديد الخاص بهم تفوق في الأداء على محفز بديل قائم على الجرافين قيد التطوير في مختبرات أخرى. لقد ثبت أن القضبان النانوية مستقرة وقابلة للتسويق التجاري، كما يقول الباحث الرئيسي، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من التجارب لتحديد كيفية إنتاجها بكميات تجارية. هناك حاجة أيضًا إلى مزيد من البحث لتحديد الآلية الدقيقة المسؤولة عن أداء الأنابيب النانوية. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية المواد المتقدمة.
يمكن توليد الكهرباء من خلايا الوقود الميكروبية مع إزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي. عند القطب الأنودي للخلية، تتغذى مستعمرات البكتيريا على المواد العضوية، بينما تبعث البكتيريا إلكترونات تستخدم لتوليد الكهرباء أثناء تحلل النفايات. عند الكاثود، أهم تفاعل يحدث هو تفاعل أكسدة واختزال الأكسجين. ويعمل المحفز البلاتيني على تسريع هذا التفاعل البطيء مع زيادة كفاءة نشاط الخلية، إلا أن المحفز نفسه مكلف بسبب ارتفاع تكلفة معدن البلاتين.
ترتبط خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية بخلايا الوقود الميكروبية - حيث ينبعث الهيدروجين في هذه الخلايا بدلاً من الإلكترونات. بالإضافة إلى الاستفادة من نشاط الكائنات الحية الدقيقة على جانب الأنود، تستخدم هذه الخلايا أيضًا تحلل المواد العضوية والبلاتين في عملية تحفيزية تحدث عند الكاثود.
يستفيد الباحثون من أفضل خصائص المواد النشطة الأخرى عندما يرتبط النيتروجين بسطح قضيب الكربون ونواة كربيد الحديد. إن فعالية النيتروجين في تعزيز النشاط التحفيزي للكربون معروفة منذ زمن طويل. يتفاعل كربيد الحديد، المعروف أيضًا بقدراته التحفيزية، مع الكربون الموجود على سطح القضيب، مما يؤدي إلى اتصاله بالقلب. بالإضافة إلى ذلك، تم تحسين البنية الفريدة للمادة لمرور الإلكترونات، وهي الآلية المطلوبة للخلايا من هذا النوع.
أخبار الدراسة
