Российские ученые получили электроэнергию в бескислородной реакции водорода с хлоратами
Российские ученые показали, что получать электроэнергию в космосе и морских глубинах можно, используя химическую реакцию водорода с дешевыми и доступными хлоратами, причем эффективность процесса достигает 50%. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Molecules.
В реакциях для получения электроэнергии используют вещества-восстановители, отдающие электроны и вещества-окислители, принимающие электроны. В качестве последних чаще всего выступает кислород. Однако в космосе, глубоких шахтах или под водой его использование невозможно.
Ученые из Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН (Москва) и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) доказали, что эффективной заменой кислороду могут быть хлорат-анионы (ClO3-), получаемые из доступного и дешевого хлората натрия (NaClO3) при растворении в воде. В сочетании с молекулярным водородом они могут генерировать электричество, а продуктом реакции будет поваренная соль (NaCl), безвредная для окружающей среды.
"Нам удалось реализовать в лабораторной установке достаточно изящную идею, расширяющую границы применимости "топлива будущего" — газообразного водорода", — подчеркнул участник проекта Дмитрий Конев, кандидат химических наук, старший научный сотрудник ФИЦ ПХФ и МХ
Поскольку хлорат в отсутствие катализаторов малоактивен, для запуска процесса его пропускали через ячейку небольшого заряда. В результате в растворе накапливались кислородсодержащие соединения хлора (ClO2), которые катализировали реакцию. В большинстве экспериментов химическая энергия преобразовывалась в электричество с эффективностью от 40% до 50%.
"Идея использовать галогенаты (хлораты и броматы) в источниках тока для бескислородных условий предложена нашим коллегой Юрием Вячеславовичем Толмачевым, однако было необходимо найти способ преодолеть их электрохимическую инертность. Ранее мы решили эту проблему для броматов, а теперь и для хлоратов, совершив настоящий прорыв", — рассказал руководитель проекта, заведующий лабораторией "Проточные редокс-батареи и электроактивные материалы" ИФХЭ РАН Михаил Воротынцев.
Полученные данные необходимы для разработки источников питания космических аппаратов, подводных лодок и средств индивидуального перемещения под водой, то есть в условиях с недостатком кислорода. В дальнейшем авторы планируют повысить эффективность предложенной ими системы.