Vodní článek - Hydroelectric cell

A hydroelektrický článek je typ galvanický článek který vyrábí elektřinu disociační molekuly vody.[1][2][3][4]

To bylo vynalezeno Dr. R. K. Kotnala a Dr. Jyoti Shah v roce 2016 na Národní fyzická laboratoř Indie, Nové Dillí.[5][6][7] Vytváří se disociace molekul vody na nano-porézním povrchu feritu / oxidu s nedostatkem kyslíku hydronium a hydroxid ionty shromážděné Ag a Zn elektrodami pro výrobu elektřiny. Kombinace nano-porézního kyslíkatého feritanu hořečnatého / oxidu kovu s nedostatkem kyslíku spolu s elektrodami Zn a Ag byla proto označována jako hydroelektrický článek.[8][9] Při pokojové teplotě vyžaduje disociace jedné molekuly vody potenciál 1,23 V, k rozdělení molekul vody na jejich základní ionty je zapotřebí vnější energie. Konvenčním způsobem se to provádí externě pomocí ultrafialového světla (UV), katalyzátorů, fotonů, tepelných a biochemických prostředků.[10] Nano-porézní povrch materiálu ferit / oxid poskytuje vysoce reaktivní povrchy pro disociaci molekul vody na své základní ionty při pokojové teplotě, které jsou obecně dostupné v adsorbovaném stavu.

Nano-porézní povrch buňky poskytuje v počátečním stadiu chemi-disociované ionty H + a OH- a následně následuje hojná fyzio-disociace díky vysokému elektrickému poli vyvinutému uvnitř nanopórů, což vede k nepřetržité generaci velkého počtu iontů. Elektrody Zn (zinek) a Ag (stříbro) připojené na protilehlé povrchy pelety ferit / kov-oxid se oddělují a shromažďují ionty s opačnou polaritou, což vede k toku elektrického proudu v článku. Buňka o průměru dva palce může vyvinout maximální napětí 0,98 V a zkratový proud 120 mA.[11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]

Pracovní princip

Hydroelektrický článek pracuje na principu disociace vody na nanoporézním povrchu feritových / oxidových pelet s nedostatkem kyslíku. Molekuly vody jsou zpočátku Chemi-disociovány na nanoporézním povrchu s nedostatkem kyslíku na ionty H + a OH- a následně následuje kontinuální fyzio-disociace elektrostatickým polem vyvinutým v důsledku zachyceného H + uvnitř nanopóru na povrchu pelety. Disociované ionty H + a OH- migrují k inertní katodě stříbra (Ag) a anodě zinku (Zn) a jsou sbírány prostřednictvím těchto elektrod pro generování proudu ve vnějších obvodech. V tomto procesu je generováno 0,98 V a 70 mA v hydroelektrické buňce 4,5 čtverečních cm. Zinek se při této reakci spotřebuje a pomalu se převádí na Zn (OH) 2 a uvolňuje se vysoce čistý plynný vodík.

Reakční mechanismus

U lithia substituovaného hořčíku:

4H2O → 2H3Ó+ + 2 OH−

na anodě (Zn):

2OH− + Zn → Zn (OH)2 + 2e− (-0,76 V)

na katodě (Ag):

H3Ó+ + H3Ó+ + 2e− → H2↑ + 2H2O (+0,22 V)

Ecell = 0,22 - (-,76) = 0,98 V.

Design

Hydroelektrické články: Obrázek různých velikostí feritu hořečnatého a oxidu cínu (bílý) vyrobených v laboratoři

Výroba hydroelektrického článku zahrnuje získání feritového materiálu jednoduchým tepelným zpracováním technikou reakce v pevné fázi. Peleta z materiálu ferit / oxid kovu je potažena stříbrnými elektrodami s hřebenovým vzorem na jednom povrchu a zadní povrch článku je pokryt zinkovou elektrodou. Voda je pokropena na povrch článku, zatímco proud je sbírán dvěma elektrodami ve vnějším obvodu.

Reference

  1. ^ R..K. Kotnala; Jyoti Shah (6. června 2016). "Zelený hydroelektrický zdroj energie založený na disociaci vody pomocí nanoporézní ferit ". International Journal of Energy Research. 40 (12): 1652–1661. doi:10.1002 / er. 3545.
  2. ^ „Hydroelektrický článek na bázi lithium-substituovaného feritového materiálu a způsob jeho přípravy“. Patenty Google. Patenty Google. Citováno 27. května 2020.
  3. ^ Kotnala, R. K .; Gupta, Rekha; Shukla, Abha; Jain, Shipra; Gaur, Anurag; Shah, Jyoti (2018-08-23). „Hydroelektrický článek na bázi oxidu kovu pro výrobu elektřiny disociací molekul vody bez elektrolytu / kyseliny“. The Journal of Physical Chemistry C. Americká chemická společnost. 122 (33): 18841–18849. doi:10.1021 / acs.jpcc.8b04999.
  4. ^ Shah, Jyoti; Gupta, Rekha; Kotnala, R. K. (2020). „Indukce kolosální vlhkostní rezistence v tenkém filmu feritanu hořečnatého vedla k zařízení na zelenou energii Vynález: hydroelektrický článek“. Nedávné pokroky v tenkých filmech: 389–411. doi:10.1007/978-981-15-6116-0_13.
  5. ^ „Indičtí vědci vyrábějí elektřinu z vody bez energie“. aninews.in. Asian News International. Citováno 31. května 2020.
  6. ^ „Indičtí vědci používají vodu k výrobě elektřiny“. Scienceworldreport.com. Zpráva o vědeckém světě. Citováno 31. května 2020.
  7. ^ „Vědec zabývající se elektřinou z vody usiluje o komercializaci vynálezu“. Economictimes.com. Ekonomické časy. Citováno 28. května 2020.
  8. ^ Nzeogu, Uzo (1. ledna 2017). „Indičtí vědci vyrábějí„ energii “ze sladké vody“. EnergyNews. EnergyNews. Citováno 31. května 2020.
  9. ^ Jain, Shipra; Shah, Jyoti; Dhakate, S. R .; Gupta, Govind; Sharma, C .; Kotnala, R. K. (20. února 2018). „Ekologická vodní elektrárna na bázi nanočástic s mezoporézním magnetitem“. The Journal of Physical Chemistry C. 122 (11): 5908–5916. doi:10.1021 / acs.jpcc.7b12561.
  10. ^ Geissler, Phillip L .; Dellago, Christoph; Chandler, David (21. dubna 1999). „Kinetické dráhy disociace párů iontů ve vodě“. The Journal of Physical Chemistry B. 103 (18): 3706–3710. doi:10.1021 / jp984837g.
  11. ^ Shah, Jyoti; Verma, K.C .; Agarwal, Ashish; Kotnala, R.K. (1. ledna 2020). „Nová aplikace multiferroické sloučeniny pro výrobu zelené elektřiny vyrobená jako hydroelektrický článek“. Chemie materiálů a fyzika. 239: 122068. doi:10.1016 / j.matchemphys.2019.122068.
  12. ^ Shah, Jyoti; Kumar Kotnala, Ravinder (září 2017). „Rychlá zelená syntéza nanočástic ZnO pomocí hydroelektrického článku bez elektrolytu“. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 108: 15–20. Bibcode:2017JPCS..108 ... 15S. doi:10.1016 / j.jpcs.2017.04.007.
  13. ^ Shah, Jyoti; Jain, Shipra; Shukla, Abha; Gupta, Rekha; Kotnala, Ravinder Kumar (28. prosince 2017). „Snadná nefotokatalytická technika pro výrobu vodíkového plynu hydroelektrickým článkem“. International Journal of Hydrogen Energy. 42 (52): 30584–30590. doi:10.1016 / j.ijhydene.2017.10.105.
  14. ^ Jain, Shipra; Shah, Jyoti; Negi, Nainjeet Singh; Sharma, Chhemendra; Kotnala, Ravinder Kumar (6. června 2019). „Význam bariéry rozhraní na elektrodě hematitového hydroelektrického článku pro výrobu ekoenergie štěpením vodou“. International Journal of Energy Research. 43 (9): 4743–4755. doi:10.1002 / er. 4613.
  15. ^ Solanki, V .; Krupanidhi, S. B .; Nanda, K. K. (5. září 2018). "Současné sledování kvality vody a degradace nebezpečných organických znečišťujících látek". Recenze vědeckých přístrojů. 89 (9): 096102. doi:10.1063/1.5041488. PMID  30278693.
  16. ^ Kharbanda, Pranati; Madaan, Tushar; Sharma, Isha; Vashishtha, Shruti; Kumar, Parveen; Chauhan, Arti; Mittal, Sumit; Bangruwa, Jarnail S .; Verma, Vivek (24. ledna 2019). „Ferity: magnetické materiály jako alternativní zdroj zelené elektrické energie“. Heliyon. 5 (1): 1151. doi:10.1016 / j.heliyon.2019.e01151. PMC  6351576. PMID  30723829.
  17. ^ Gobara, Heba M .; Nassar, Ibrahim M .; El Naggar, Ahmed M.A .; Eshaq, Gh. (1. ledna 2017). „Nanokrystalický spinel ferit pro obohacenou výrobu vodíku prostřednictvím procesu štěpení vody stimulovaného sluneční energií“. Energie. 118: 1234–1242. doi:10.1016 / j.energy.2016.11.001.
  18. ^ Solanki, Vanaraj; Krupanidhi, Saluru Baba; Nanda, Karuna Kar (25. listopadu 2019). „Sklizeň energie prostřednictvím disociace vody a vlhkosti bez stimulů mezoporézním hydroelektrickým článkem na bázi SnO2 a CuO jako čerpadla atmosférické vlhkosti“. International Journal of Energy Research. 44 (2): 1276–1283. doi:10,1002 / er. 4993.
  19. ^ Chauhan, Shikha Singh; Gaur, Anurag; Kotnala, R. K. (březen 2019). "Aplikace hydroelektrického článku pro LED lampu". Inovace v roce 2019 v oblasti výkonových a pokročilých výpočetních technologií (I-PACT). Inovace v roce 2019 v oblasti výkonových a pokročilých výpočetních technologií (i-PACT). s. 1–3. doi:10.1109 / i-PACT44901.2019.8960035. ISBN  978-1-5386-8190-9. S2CID  210697518.
  20. ^ Gaur, Anurag; Kumar, Anurag; Kumar, Purushottam; Agrawal, Rekha; Shah, Jyoti; Kotnala, Ravinder K. (12. května 2020). „Výroba hydroelektrického článku na bázi SnO2 pro výrobu zelené energie“. ACS Omega. 5 (18): 10240–10246. doi:10.1021 / acsomega.9b03309. ISSN  2470-1343. PMC  7226856. PMID  32426580.