Ученые из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН доказали, что энергию химической реакции хлоратов (соли хлорноватой кислоты) с водородом можно использовать для получения электроэнергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecules, который издается Многопрофильным институтом цифровых публикаций (MDPI).
Одной из задач исследования был поиск вещества, позволяющего получать электричество в условиях дефицита кислорода, характерных для глубоких шахт, подводных пространств и открытого космоса. Химическая реакция получения электричества сопровождается передачей электронов от одних компонентов к другим: частицы, передающие электроны, называются восстановителями, а принимающие – окислителями, роль которых играет кислород, легко доступный в атмосферном воздухе. Эту функцию при нехватке кислорода могут выполнять кислородосодержащие соединения хлора, тогда как в качестве восстановителя используется молекулярный водород, который пригоден для хранения в сжатом виде.
Участники исследования провели эксперимент в электрохимической ячейке, состоящей из двух электродов, через один из которых пропускали газообразный водород, а через другой – хлоратный электролит (вещество, проводящее ток через диссоциации на ионы). Предварительные расчеты показали, что хлораты (такие как хлорат натрия) хорошо растворимы в воде и обладают высоким энергетическим потенциалом, что позволяет использовать их растворы в качестве окислителей с высокой плотностью энергии. При этом продуктом реакции должен был стать раствор поваренной соли, утилизация которого не вредит окружающей среде. Эти расчеты подтвердил эксперимент, в результате которого хлорат-анионы (ClO3-) в сочетании с молекулярным водородом стали генерировать электричество, образуя при этом хлорид-анион (CI-). Преобразование химической энергии в электричество происходило с эффективностью от 40% до 50%.
«Нам удалось реализовать в лабораторной установке достаточно изящную идею, расширяющую границы применимости «топлива будущего» — газообразного водорода. Мы продемонстрировали возможность использования его химической энергии для генерации электричества без участия атмосферного кислорода. Вместо него окислителем выступают достаточно дешевые и доступные вещества (хлораты металлов в виде водного раствора), ранее считавшиеся непригодными для химических источников тока по причине низкой электрохимической активности», – цитирует Российский научный фонд Дмитрия Конева, кандидата химических наук, старшего научного сотрудника Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН.
