Изучение принципов работы легких послужило источником вдохновения для разработчиков, которые нашли действенный метод расщепления воды.
Ученые из Стэнфордского университета создали устройство, воспроизводящее принципы функционирования легких, что позволяет увеличить производительность электрокатализаторов и оптимизировать получение энергии за счет разложения воды. О результатах исследования опубликованы в журнале Joule.
Первый автор статьи И Цуй (Yi Cui) изначально ученые и их соратники выдвинули гипотезу о том, что модификация конструкции пластины, применяемой для электролиза воды, способна улучшить производительность устройства. В качестве отправной точки они взяли принцип работы человеческих легких. Легкие – это мембранный сепаратор, который обеспечивает извлечение кислорода из воздуха и его доставку в кровоток. Вдохновленные этим, исследователи решили воспроизвести аналогичный механизм.
Была разработана пластиковая пленка, имеющая толщину 12 нанометров, с микроскопическими отверстиями. Одна сторона обладала водоотталкивающими качествами, а другая была покрыта наночастицами золота и платины, которые используются в химических процессах. После этого пленку сформировали в небольшой мешочек, где металлы оказались внутри.
При помещении «легких» под воду, исследователи подают электрическое напряжение. Вода подвергается разложению на кислород и водород, которые затем поступают в мешочек. Проходя через металлические проводники, эти компоненты генерируют энергию.
Авторы подчеркнули, что углеродные пленки, как правило, приводят к образованию пузырьков, что влечет за собой потерю энергии. Однако в данном случае поры и инновационная конструкция устройства позволяют регулировать скорость прохождения газа через мембрану, что снижает количество образующихся пузырьков. Также материал демонстрирует высокую стабильность: после 250 часов работы структура сохранила 97 процентов своих каталитических свойств. Эффективность углеродной мембраны снижается до 74 процента лишь через 75 часов. Проведенные сравнительные испытания показали, что мембрана, выполненная в облегченной форме, на 32 процента превосходит плоскую конфигурацию по эффективности преобразования энергии.
В дальнейшем авторы планируют разработать систему, состоящую из подобных устройств. Они рассчитывают, что такая работа позволит создать экологически безопасный источник энергии, который сможет питать широкий спектр устройств, начиная от автомобилей и заканчивая смартфонами.
Ранее самарские инженеры создали двигатель для наноспутников на воде и спирте. Вода обеспечит высокую скорость маневрирования, а спирт предотвратит замерзание на околоземной орбите.