Ny teknologi kan hjælpe med at strømme bærbare enheder som satellittelefoner og radioer.
Super-små partikler af silicium reagerer med vand og producerer brint næsten øjeblikkeligt, ifølge forskere fra University of Buffalo.
I en række eksperimenter skabte forskerne sfæriske siliciumpartikler med en diameter på ca. 10 nanometer. Når de blev kombineret med vand, reagerede disse partikler på dannelse af kiselsyre (et ikke-toksisk biprodukt) og brint - en potentiel energikilde til brændselsceller.
Et nærbillede af sfæriske silicium-nanopartikler med en diameter på ca. 10 nanometer. I Nano Letters rapporterer UB-forskere, at disse partikler kunne danne grundlaget for nye teknologier, der genererer brint til bærbare strømapplikationer. Kredit: Swihart Research Group, University at Buffalo.
Reaktionen krævede ikke lys, varme eller elektricitet, og skabte også brint ca. 150 gange hurtigere end lignende reaktioner ved anvendelse af siliciumpartikler 100 nanometer bred og 1000 gange hurtigere end bulk silicium, ifølge undersøgelsen.
Resultaterne blev vist online i Nano Letters den 14. januar. Forskerne var i stand til at kontrollere, at brintet, de lavede, var relativt rent ved at teste det med succes i en lille brændselscelle, der fik en ventilator.
”Når det kommer til at splitte vand til at producere brint, kan nanosiseret silicium være bedre end mere åbenlyse valg, som folk har undersøgt i et stykke tid, såsom aluminium,” sagde forsker Mark T. Swihart, UB-professor i kemisk og biologisk teknik og direktør for universitetets strategiske styrke i integrerede nanostrukturerede systemer.
"Med videreudvikling kunne denne teknologi danne grundlaget for en 'bare tilføj vand' tilgang til at generere brint efter behov," sagde forsker Paras Prasad, administrerende direktør for UBs Institut for Lasere, Photonics og Biophotonics (ILPB) og en SUNY Distinguished Professor i UB's afdelinger for kemi, fysik, elektroteknik og medicin. "Den mest praktiske anvendelse ville være for bærbare energikilder."
Swihart og Prasad ledede undersøgelsen, der blev afsluttet af UB-forskere, hvoraf nogle har tilknytning til Nanjing University i Kina eller Korea University i Sydkorea. Folarin Erogbogbo, en forskningsassistent i UBs ILPB og en UB-ph.d.-kandidat, var første forfatter.
Den hastighed, hvormed 10-nanometerpartiklerne reagerede med vand, overraskede forskerne. På under et minut gav disse partikler mere brint end de 100 nanometerpartikler, der gav efter på ca. 45 minutter. Den maksimale reaktionshastighed for 10-nanometerpartiklerne var ca. 150 gange hurtig.
Transmissionselektronmikroskopibillede, der viser sfæriske silicium-nanopartikler med en diameter på ca. 10 nanometer. Disse partikler, der er oprettet i et UB-laboratorium, reagerer med vand for hurtigt at producere brint ifølge ny UB-forskning. Kredit: Swihart Research Group, University at Buffalo.
Swihart sagde, at uoverensstemmelsen skyldes geometri. Når de reagerer, danner de større partikler ikke-sfæriske strukturer, hvis overflader reagerer med vand mindre let og mindre ensartet end overfladerne til de mindre, sfæriske partikler, sagde han.
Selvom det kræver betydelig energi og ressourcer at producere super-små siliciumkugler, kan partiklerne hjælpe med at strømme bærbare enheder i situationer, hvor vand er tilgængeligt, og portabilitet er vigtigere end lave omkostninger. Militære operationer og campingture er to eksempler på sådanne scenarier.
”Det var tidligere ukendt, at vi hurtigt kunne generere brint fra silicium, et af jordens mest rigelige elementer,” sagde Erogbogbo. ”Sikker opbevaring af brint har været et vanskeligt problem, selvom brint er en fremragende kandidat til alternativ energi, og en af de praktiske anvendelser af vores arbejde ville være at levere brint til brændselscellekraft. Det kan være militære køretøjer eller andre bærbare applikationer, der er i nærheden af vand. ”
”Måske i stedet for at tage en benzin- eller dieselgenerator og brændstoftanke eller store batteripakker med mig til campingpladsen (civilt eller militært), hvor der er vand, tager jeg en brintbrændselscelle (meget mindre og lettere end generatoren) og noget plast patroner af silicium nanopulver blandet med en aktivator, ”sagde Swihart og forestillede sig fremtidige applikationer. ”Så kan jeg tænde for min satellitradio og telefon, GPS, bærbar computer, belysning osv. Hvis jeg sætter tingene i orden, kan jeg måske endda bruge overskydende varme fra reaktionen til at varme op lidt vand og lave te.”
Via University of Buffalo