Ερευνητική ομάδα δημιουργεί ηλεκτρολυτικά κύτταρα ροής για την παραγωγή αλκοολών από καρβοξυλικά οξέα

Ερευνητές αναφέρουν σε μια νέα μελέτη η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Scientific Reports, ότι δημιούργησαν μια συσκευή αποθήκευσης ενέργειας σε χημική μορφή μέσω συνεχούς ηλεκτρόλυσης.

Οι ερευνητές σημειώνουν ότι το γλυκολικό οξύ έχει πολύ μεγαλύτερη ενεργειακή ικανότητα από το υδρογόνο, μία από τις πιο δημοφιλείς χημικές ουσίες αποθήκευσης ενέργειας. Το γλυκολικό οξύ μπορεί να παραχθεί με αναγωγή οξαλικού οξέος  με τετρα-ηλεκτρόνια, ενός ευρέως διατιθέμενου καρβοξυλικού οξέος.

Όπως περιγράφουν στη δημοσίευσή τους , η ερευνητική ομάδα σχεδίασε ένα ηλεκτρολυτικό κύτταρο με βάση ένα νέο συγκρότημα μεμβράνης-ηλεκτροδίου. Μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων είναι μια άνοδος με βάση το οξείδιο ιριδίου και μια κάθοδος τιτανίου  επικαλυμμένη με διοξείδιο του τιτανίου, συνδεδεμένη με πολυμερική μεμβράνη.

“Τα συστήματα τύπου ροής είναι πολύ σημαντικά για την αποθήκευση ενέργειας με αντίδραση υγρής φάσης”, αναφέρουν επίσης οι ερευνητές στη μελέτη τους. “Οι περισσότεροι ηλεκτρολύτες που παράγουν αλκοόλες, λειτουργούν κάτω από μια διαδικασία που ονομάζεται κατά παρτίδες, κάτι το οποίο δεν είναι κατάλληλο για το σκοπό αυτό”.

“Στην συσκευή μας, με τη χρήση ενός στερεού πολυμερούς ηλεκτρολύτη σε άμεση επαφή με τα ηλεκτρόδια, μπορέσαμε να τρέξουμε την αντίδραση σαν μία συνεχής ροή χωρίς προσθήκη προσμίξεων (π.χ. ηλεκτρολύτες) . Το διάλυμα οξαλικού οξέος  μπορεί να θεωρηθεί αποτελεσματικά ως μια ρέουσα ηλεκτρονική δεξαμενή”.

Ένα άλλο βασικό μέλημα είναι ο σχεδιασμός της καθόδου. Η καθοδική αντίδραση καταλύεται από ανατόση του διοξείδιο του τιτανίου. Για να εξασφαλιστεί μια σταθερή σύνδεση μεταξύ καταλύτη και καθόδου, η ομάδα “ανέπτυξε” διοξείδιο του τιτανίου απευθείας στη κάθοδο του τιτανίου με τη μορφή ενός πλέγματος ή αισθητή.

Οι εικόνες με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο δείχνουν το διοξείδιο του τιτανίου ως μια ασαφές μορφή, που προσκολλάται στο εξωτερικό των ράβδων τιτανίου σαν μια επίστρωση φρέσκου χιονιού. Στην πραγματικότητα, η δουλειά του είναι να καταλύει την ηλεκτρο-αναγωγή του οξαλικού οξέος σε γλυκολικό οξύ. Εν τω μεταξύ, στην άνοδο, το νερό οξειδώνεται σε οξυγόνο.

Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η αντίδραση επιταχύνθηκε σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Ωστόσο, η υπερβολική αύξηση της θέρμανσης ενθάρρυνε μια ανεπιθύμητη διεργασία – τη μετατροπή του νερού σε υδρογόνο. Η ιδανική ισορροπία μεταξύ αυτών των δύο αποτελεσμάτων ήταν στους 60 βαθμούς κελσίου. Σε αυτή τη θερμοκρασία, η συσκευή θα μπορούσε να βελτιστοποιηθεί περαιτέρω με επιβράδυνση της ροής των αντιδραστηρίων, αυξάνοντας παράλληλα την ποσότητα επιφάνειας που είναι διαθέσιμη για την αντίδραση.

“Στις σωστές συνθήκες, το κύτταρο μας μετατρέπει σχεδόν το 100 τοις εκατό του οξαλικού οξέος, το οποίο βρίσκουμε πολύ ενθαρρυντικό”, αναφέρουν οι ερευνητές. “Υπολογίζουμε ότι η μέγιστη ογκομετρική ενεργειακή ισχύς του διαλύματος γλυκολικού οξέος, είναι περίπου 50 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του αερίου υδρογόνου. Για να είμαστε σαφείς, η ενεργειακή απόδοση, σε αντίθεση με την ικανότητα, εξακολουθεί να υστερεί από άλλες τεχνολογίες. Ωστόσο αυτή είναι μια νέα υποσχόμενη μέθοδος αποθήκευσης ρεύματος”.

Παραπομπές

Masaaki Sadakiyo et al. Electrochemical Production of Glycolic Acid from Oxalic Acid Using a Polymer Electrolyte Alcohol Electrosynthesis Cell Containing a Porous TiO2 Catalyst. Scientific Reports (2017). DOI: 10.1038/s41598-017-17036-3

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *