Akciğerden Esinlenilmiş Bir Tasarım, Suyu Yakıta Dönüştürüyor
Fotoğraf : Bu görüntü, memeli akciğerlerinde gaz değişimi ile suyu yakıta dönüştürmek için yeni geliştirilen bir mekanizma arasındaki benzerlikleri göstermektedir.
Stanford Üniversitesi’ndeki bilim adamları, suyu yakıta dönüştürmek için memeli ciğerine benzeyen bir elektrokatalitik mekanizma tasarladılar. 20 Aralık’ta Joule dergisinde yayınlanan araştırmaları, mevcut temiz enerji teknolojilerinin daha verimli çalışmasına yardımcı olabilir.
Nefes alma ve verme hareketi organizmalar için o kadar otomatiktir ki basit olabileceği gibi yanlış da olabilir, ancak memeli solunum süreci aslında doğada bulunan iki yönlü gaz değişimi için en karmaşık sistemlerden biridir. Her nefesle hava, akciğerlerin minik, geçit benzeri bronşiyollerinden geçerek alveol denilen küçücük keselere ulaşır. Oradan, gazın kan dolaşımına basitçe dağılmadan geçmesi gerekir, bu da zararlı baloncukların oluşmasına neden olur. Alveollerin benzersiz yapısıdır – iç kısımdaki su moleküllerini dış yüzeyde çekerken iten mikron kalınlığında bir zar içeren – bu kabarcıkların oluşmasını önleyen ve gaz değişimini oldukça verimli kılan.
Kıdemli yazar Yi Cui’nin Stanford Üniversitesi’nde Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’ndeki laboratuvarındaki bilim adamları daha iyi elektrokatalizörler geliştirmek için bu süreçten ilham aldı: bir elektrottaki kimyasal reaksiyon oranını artıran malzemeler. Çalışmanın ilk yazarı Jun Li, “Temiz enerji teknolojileri, reaksiyon arayüzüne hızlı gaz reaktanlarının verilme kabiliyetini göstermiştir, ancak ters yol – katalizör / elektrolit arayüzünden verimli gaz ürünü oluşumu – zorlu olmaya devam ediyor” diyor.
Takımın mekanizması yapısal olarak alveolleri taklit eder ve yakıt hücreleri ve metal-hava pilleri gibi sürdürülebilir teknolojiler sağlayan reaksiyonları iyileştirmek için iki farklı işlem gerçekleştirir.
İlk işlem nefes verme ile benzerdir. Mekanizma, bir pilin anotundaki su moleküllerini oksitlerken katot içinde indirgeyerek temiz bir yakıt olan hidrojen gazı üretmek için suyu böler. Oksijen gazı (hidrojen gazı ile birlikte) hızlı bir şekilde üretilir ve polietilenden yapılmış ince, alveolus benzeri bir zardan geçirilir – bu da kabarcık oluşturmada enerji maliyeti olmadan.
İkinci işlem daha çok nefes almaya benzer ve oksijen tüketen bir reaksiyonla enerji üretir. Oksijen gazı, elektrot yüzeyindeki katalizöre iletilir, böylece elektrokimyasal reaksiyonlar sırasında reaktif olarak kullanılabilir.
Hala gelişimin erken aşamalarında olmasına rağmen, tasarım umut verici görünüyor. Alışılmadık derecede ince nano-polietilen membran, geleneksel karbon bazlı gaz difüzyon katmanlarından daha uzun hidrofobik kalır ve bu model, geleneksel tasarımlardan daha yüksek akım yoğunluğu oranları ve daha düşük aşırı gerilim elde edebilir.
Ancak, akciğerden ilham alan bu tasarım, ticari kullanıma hazır hale gelmeden önce hala iyileştirilmesi gereken yerler vardır. Nano-polietilen membran polimer bazlı bir film olduğundan, uygulamalarını sınırlayabilen 100 derecenin üzerindeki sıcaklıklara tolerans gösteremez. Ekip, bu malzemenin daha fazla ısıya dayanabilen benzer şekilde ince nano gözenekli hidrofobik membranlarla değiştirilebileceğine inanıyor. Ayrıca, katalitik kapasitelerini tam olarak keşfetmek için diğer elektrokatalizörleri cihaz tasarımına dahil etmekle de ilgileniyorlar.
Jun Li, “Solunumu taklit eden yapı, birçok diğer son teknoloji elektrolizör ile birleştirilebilir ve gaz-sıvı-katı üç-fazlı elektrotun daha fazla keşfedilmesi kataliz için heyecan verici fırsatlar sunar.” diyor.
Kaynak : sciencedaily.com
