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Verbesserung sauberer Methanol-Brennstoffzellen

12.12.2020

Aufgrund der vielen Umweltprobleme, die durch die Nutzung fossiler Brennstoffe verursacht werden, konzentrieren sich viele Wissenschaftler auf der ganzen Welt darauf, wirksame Alternativen zu finden. Während große Hoffnungen auf Wasserstoffbrennstoffzellen gesetzt werden, ist die Realität, dass der Transport, die Speicherung und die Verwendung von reinem Wasserstoff mit enormen zusätzlichen Kosten verbunden sind, was die heutigen Technologien erschwert. Im Gegensatz dazu benötigt Methanol (CH3O3), eine Alkoholart, keine Kühlung, hat eine höhere Energiedichte und ist einfacher und sicherer zu transportieren. Daher ist ein Übergang zu einer auf Methanol basierenden Wirtschaft ein realistischeres Ziel.

Um Strom aus Methanol bei Raumtemperatur zu erzeugen, ist jedoch eine Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) erforderlich, ein Gerät, das bisher nur eine schwache Leistung bietet. Eines der Hauptprobleme bei DMFCs ist die unerwünschte „Methanoloxidations“-Reaktion, die während des Übergangs von Methanol auftritt, „d. h. wenn es von der Anode zur Kathode gelangt. Diese Reaktion führt zur Zerstörung des Platin(Pt)-Katalysators , was für den Betrieb der Zelle wesentlich ist.Während bestimmte Strategien vorgeschlagen wurden, um dieses Problem zu mildern,war bisher aufgrund von Kosten- oder Stabilitätsproblemen keine gut genug.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern aus Korea hat eine kreative und effektive Lösung gefunden. Sie stellten mit einem relativ einfachen Verfahren einen Katalysator her, der aus Pt-Nanopartikeln besteht, die in einer Kohlenstoffhülle eingeschlossen sind. Diese Schale bildet ein fast undurchlässiges Kohlenstoffnetzwerk mit kleinen Löchern, die durch Stickstoffdefekte verursacht werden. Obwohl Sauerstoff, einer der Hauptreaktanten in DMFC, den Pt-Katalysator durch diese „Löcher“ erreichen kann, sind die Methanolmoleküle zu groß, um sie zu passieren.

„Die Kohlenstoffhülle wirkt wie ein Molekularsieb und sorgt für Selektivität für die gewünschten Reaktanten, die tatsächlich an die Stellen des Katalysators gelangen können. Dadurch wird eine unerwünschte Reaktion der Pt-Kerne verhindert“, erklärt Prof. Oh Jung Kwon von der Incheon National University (Korea), der die Studie leitete.

Die Wissenschaftler führten verschiedene Experimente durch, um die allgemeine Struktur und Zusammensetzung des hergestellten Katalysators zu charakterisieren, und bewiesen, dass Sauerstoff die Kohlenstoffhülle passieren kann, Methanol jedoch nicht. Sie fanden auch eine einfache Möglichkeit, die Anzahl der Defekte im Gehäuse zu kontrollieren, indem sie einfach die Temperatur während des Wärmebehandlungsschritts änderten. In anschließenden experimentellen Vergleichen übertraf ihr neuer gereinigter Katalysator kommerzielle Pt-Katalysatoren und zeigte auch eine viel höhere Stabilität.

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Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Maschine zum Ausdünnen von Blumen im Garten 02.05.2024

In der modernen Landwirtschaft entwickelt sich der technologische Fortschritt mit dem Ziel, die Effizienz der Pflanzenpflegeprozesse zu steigern. In Italien wurde die innovative Blumenausdünnungsmaschine Florix vorgestellt, die die Erntephase optimieren soll. Dieses Gerät ist mit beweglichen Armen ausgestattet, wodurch es leicht an die Bedürfnisse des Gartens angepasst werden kann. Der Bediener kann die Geschwindigkeit der dünnen Drähte anpassen, indem er sie von der Traktorkabine aus mit einem Joystick steuert. Dieser Ansatz erhöht die Effizienz des Blütenausdünnungsprozesses erheblich und bietet die Möglichkeit einer individuellen Anpassung an die spezifischen Bedingungen des Gartens sowie die Vielfalt und Art der darin angebauten Früchte. Nachdem wir die Florix-Maschine zwei Jahre lang an verschiedenen Obstsorten getestet hatten, waren die Ergebnisse sehr ermutigend. Landwirte wie Filiberto Montanari, der seit mehreren Jahren eine Florix-Maschine verwendet, haben von einer erheblichen Reduzierung des Zeit- und Arbeitsaufwands für das Ausdünnen von Blumen berichtet. ... >>

Fortschrittliches Infrarot-Mikroskop 02.05.2024

Mikroskope spielen eine wichtige Rolle in der wissenschaftlichen Forschung und ermöglichen es Wissenschaftlern, in für das Auge unsichtbare Strukturen und Prozesse einzutauchen. Allerdings haben verschiedene Mikroskopiemethoden ihre Grenzen, darunter auch die begrenzte Auflösung bei der Nutzung des Infrarotbereichs. Doch die neuesten Errungenschaften japanischer Forscher der Universität Tokio eröffnen neue Perspektiven für die Erforschung der Mikrowelt. Wissenschaftler der Universität Tokio haben ein neues Mikroskop vorgestellt, das die Möglichkeiten der Infrarotmikroskopie revolutionieren wird. Dieses fortschrittliche Instrument ermöglicht es Ihnen, die inneren Strukturen lebender Bakterien mit erstaunlicher Klarheit im Nanometerbereich zu sehen. Typischerweise sind Mikroskope im mittleren Infrarotbereich durch eine geringe Auflösung eingeschränkt, aber die neueste Entwicklung japanischer Forscher überwindet diese Einschränkungen. Laut Wissenschaftlern ermöglicht das entwickelte Mikroskop die Erstellung von Bildern mit einer Auflösung von bis zu 120 Nanometern, was 30-mal höher ist als die Auflösung herkömmlicher Mikroskope. ... >>

Luftfalle für Insekten 01.05.2024

Die Landwirtschaft ist einer der Schlüsselsektoren der Wirtschaft und die Schädlingsbekämpfung ist ein integraler Bestandteil dieses Prozesses. Ein Team von Wissenschaftlern des Indian Council of Agricultural Research-Central Potato Research Institute (ICAR-CPRI), Shimla, hat eine innovative Lösung für dieses Problem gefunden – eine windbetriebene Insektenluftfalle. Dieses Gerät behebt die Mängel herkömmlicher Schädlingsbekämpfungsmethoden, indem es Echtzeitdaten zur Insektenpopulation liefert. Die Falle wird vollständig mit Windenergie betrieben und ist somit eine umweltfreundliche Lösung, die keinen Strom benötigt. Sein einzigartiges Design ermöglicht die Überwachung sowohl schädlicher als auch nützlicher Insekten und bietet so einen vollständigen Überblick über die Population in jedem landwirtschaftlichen Gebiet. „Durch die rechtzeitige Beurteilung der Zielschädlinge können wir die notwendigen Maßnahmen zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten ergreifen“, sagt Kapil ... >>

Die Bedrohung des Erdmagnetfeldes durch Weltraummüll 01.05.2024

Immer häufiger hören wir von einer Zunahme der Menge an Weltraummüll, der unseren Planeten umgibt. Zu diesem Problem tragen jedoch nicht nur aktive Satelliten und Raumfahrzeuge bei, sondern auch Trümmer alter Missionen. Die wachsende Zahl von Satelliten, die von Unternehmen wie SpaceX gestartet werden, schafft nicht nur Chancen für die Entwicklung des Internets, sondern auch ernsthafte Bedrohungen für die Weltraumsicherheit. Experten richten ihre Aufmerksamkeit nun auf die möglichen Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld. Dr. Jonathan McDowell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics betont, dass Unternehmen rasch Satellitenkonstellationen aufbauen und die Zahl der Satelliten im nächsten Jahrzehnt auf 100 ansteigen könnte. Die schnelle Entwicklung dieser kosmischen Satellitenarmadas kann zu einer Kontamination der Plasmaumgebung der Erde mit gefährlichen Trümmern und einer Gefahr für die Stabilität der Magnetosphäre führen. Metallabfälle von gebrauchten Raketen können die Ionosphäre und Magnetosphäre stören. Beide Systeme spielen eine Schlüsselrolle beim Schutz und der Erhaltung der Atmosphäre ... >>

Verfestigung von Schüttgütern 30.04.2024

In der Welt der Wissenschaft gibt es viele Geheimnisse, und eines davon ist das seltsame Verhalten von Schüttgütern. Sie verhalten sich möglicherweise wie ein Feststoff, verwandeln sich aber plötzlich in eine fließende Flüssigkeit. Dieses Phänomen hat die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen, und wir könnten der Lösung dieses Rätsels endlich näher kommen. Stellen Sie sich Sand in einer Sanduhr vor. Normalerweise fließt es frei, aber in manchen Fällen bleiben seine Partikel stecken und verwandeln sich von einer Flüssigkeit in einen Feststoff. Dieser Übergang hat wichtige Auswirkungen auf viele Bereiche, von der Arzneimittelproduktion bis zum Bauwesen. Forscher aus den USA haben versucht, dieses Phänomen zu beschreiben und seinem Verständnis näher zu kommen. In der Studie führten die Wissenschaftler Simulationen im Labor mit Daten aus Beuteln mit Polystyrolkügelchen durch. Sie fanden heraus, dass die Schwingungen innerhalb dieser Sätze bestimmte Frequenzen hatten, was bedeutete, dass sich nur bestimmte Arten von Schwingungen durch das Material ausbreiten konnten. Erhalten ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Künstlicher Muskel auf Basis natürlicher Proteine 02.02.2022

Forscher der Universität Freiburg (Deutschland) haben einen künstlichen Muskel entwickelt, der ausschließlich auf natürlichen Proteinen basiert. Muskelkontraktionen können durch Änderungen des Säuregehalts der Umgebung und der Temperatur gesteuert werden.

Das von den Wissenschaftlern verwendete Material basiert auf Elastin, einem natürlichen Faserprotein, das auch beim Menschen vorkommt und Haut und Blutgefäßen Elastizität verleiht. Forscher haben zwei Elastin-ähnliche Proteine entwickelt, von denen eines auf Schwankungen des Säuregehalts (pH) und das andere auf Temperaturänderungen reagiert. Die Wissenschaftler kombinierten die beiden Proteine durch photochemische Quervernetzung zu einem zweischichtigen Material.

Als Reaktion auf Änderungen des pH-Werts in der aquatischen Umgebung, in der das Material platziert wurde, oder der Temperatur konnte sich der künstliche Muskel also rhythmisch zusammenziehen. Bei Temperaturänderungen setzte die chemische Reaktion bei etwa 20 Grad Celsius ein. Dabei war es möglich, bestimmte Muskelzustände zu programmieren und mit einem anderen Reiz wieder zurückzusetzen.

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