Кремниевые наночастицы становятся перспективным источником водорода для топливных элементов

Исследователи из университета Буффало изготовили сферические кремниевые наночастицы, которые в случае контакта с обычной водой становятся источником водорода, являющегося топливом для водородных топливных элементов, вырабатывающих электрическую энергию. Когда кремний входит в контакт с водой, начинается химическая реакция, не требующая света и подвода внешней энергии, в ходе которой получается газообразный водород и кремниевая кислота, являющаяся нетоксичным побочным продуктом. Проведенные эксперименты показали, что получаемый таким способом водород достаточно чист и даже небольшого количества кремния достаточно для приведения в действие топливного элемента, питающего двигатель небольшого вентилятора.

Согласно проведенным исследованиям и экспериментам, скорость производства водорода зависит от размеров кремниевых наночастиц. Частицы, диаметром 10 нанометров, вырабатывали один и тот же объем водорода в тысячу раз быстрее, чем кристаллический кремний, и в 150 раз быстрее, чем частицы, диаметром 100 нанометров. Такие "скоростные" свойства мелких наночастиц позволят создать генераторы водорода, которые будут вырабатывать количество газа, точно соответствующее его расходу топливным элементом.

"Уже давно известно, что водород можно быстро получать от реакции воды и кремния, который является одним из самых распространенных химических элементов на земном шаре" - рассказывает Фолэрин Эрогбогбо (Folarin Erogbogbo), один из исследователей, - "Водород сейчас рассматривается как основной кандидат на роль топлива будущего, но в настоящее время проблема безопасного хранения водорода стоит очень остро и еще не найдено ни одного подходящего решения. Использование кремниевых наночастиц позволит избавиться от необходимости хранения водорода, вырабатывая его по мере необходимости, что позволит внедрять водородную энергетику в некоторых областях уже прямо сейчас".

Согласно информации, опубликованной исследователями, высокая скорость реакции кремния и воды является следствием высокой площади контакта сферических наночастиц с водой. При размерах наночастиц около 10 нанометров их форма является почти идеально сферической, при изготовлении наночастиц больших размеров их форма начинает искажаться, что приводит к существенному уменьшению площади поверхности контакта, которая определяет скорость химической реакции. "Эта технология, к которой как нельзя лучше подходит слоган "только добавь воды", является идеальным вариантом для создания малогабаритных источников питания портативных электронных устройств" - утверждает Парас Прасад (Paras Prasad), исследователь из университета Буффало.

Конечно, у использования кремния в качестве источника водорода есть и отрицательная сторона. Для производства мелких кремниевых наночастиц требуется большое количество времени, энергии и сырья, что делает их достаточно дорогим материалом. Поэтому можно и не задумываться о наполнении бака автомобиля кремниевой пылью вместо топлива, по крайней мере, в самое ближайшее время. Но такая технология может найти применение в ситуациях, когда мобильность, малые габариты и вес более важны, нежели стоимость. К примеру, в научных экспедициях и при проведении военных операций.

"Возможно, что в недалеком будущем, вместо того, чтобы тащить на себе бензиновый генератор с запасом топлива и аккумуляторные батареи к пункту назначения, будет достаточно доставить туда лишь водородный топливный элемент, который имеет меньшие габариты и вес, чем генератор, и захватить с собой пластиковые патроны с кремниевым нанопорошком, смешанным с активатором" - так ученые обрисовывают дальнейшие перспективы разработанной ими технологии, - "От топливного элемента мы сможем запитать спутниковую связь, GPS, ноутбук и освещение. А в случае необходимости можно использовать выделяющееся лишнее тепло для обогрева и приготовления пищи".