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奧林巴斯顯微鏡氫燃料電池基礎知識

2018-03-29  發布者:admin 

燃料電池被設計成利用一個催化劑,如鉑,氫氣和氧氣的混合物轉化到水中。 這種化學反應的重要副產物是當氫分子相互作用(通過氧化)與陽極以產生質子和電子產生的電力。 這種互動式的教程探討了燃料電池操作的主要步驟。

教程初始化與具有由陰極,陽極分離氫氣和氧氣輸入室的氫燃料電池,和電解質。 當氫分子(由紅球表示)遇到的陽極,它們被離子化以產生帶正電的質子和兩個電子(綠球)每分子。 注意,盡管兩個獨立的紅色氫球體表示在教程氫的單分子,在現實中,氫的分子中含有共享一個共價鍵兩個單獨的氫原子。 通過氫的氧化反應中產生的電子被用於提供電流,一個燈泡,並流入陰極,他們減少氧氣(藍色球)和氫的組合成水,從而完成了反應。 Applet速度滑塊可以用於增加或減少事件的速度的教程。

雖然太陽能在一個取之不盡用之不竭的可在沒有成本的存在(是無汙染),光來自太陽的能量轉換與眾多問題,嚴重限製了有效的應用程序相關聯。 最可取的情況是設計將太陽能轉換成一個緊湊的和便攜的形式,可以容易地運輸到遙遠的位置的機製。 許多研究工作的目的是使用集中的太陽能以實現需要驅動各種化學反應的高溫下,通常使用化學催化劑,以產生可容易地儲存和運輸氣體燃料的不同組合。 一些可能性是有希望的,但大多數專家在能量轉換領域認同的最終燃料從太陽能轉換衍生為氫。

氫作為燃料的吸引力是巨大的。 分子氫從宇宙中最輕的元素製成,並且可以很容易地儲存和運輸。 此外,氫氣可以來自水與分子氧作為唯一的副產物。 當氫氣燃燒時,它與氧結合在空氣中,以再次形成水,由此再生原料。 最重要的是,釋放能量以可用形式在整個循環過程中,沒有任何中間步驟產生顯著量的汙染物。 隻要太陽繼續產生它的光能量,氫供給是無窮無盡的。 目前,氫主要被用作火箭燃料(以催化燃料電池的形式示於圖1),並作為許多工業化學過程的一個組成部分。 然而,很容易實現的修改,最小的元素能夠滿足所有人類的電力和運輸要求。

雖然氫可以直接從水來製備,需要某種形式的能量輸入來進行從氧氣中分離。 驅動該反應的一種方法是使用一個電流中的處理被稱為電解 ,並且太陽光能夠用來產生電力的方法。 電解涉及其中電流通過電極對浸入水中通過產生氫氣和氧氣的氣體在相對的電極的氧化還原反應。 氫產生另一種可能的途徑是將太陽光集中在足夠高的溫度,以致使水的熱分解成其氧和氫組成,然後可以分離。(奧林巴斯顯微鏡)

最終,分解水的更複雜的裝置,使利用氫的是可取的。 從其中分離可能實現的一種技術是通過類似於用於由植物和細菌的光合作用過程的化學反應的方式來利用太陽的能量。 當它們暴露在陽光下,綠色含葉綠素植物不斷分裂水分子,釋放出氧和氫結合與二氧化碳以形成糖。 如果此第一部分中,或類似的過程中,可以被複製,氫的無限供應將是可用的,由太陽能驅動的輸入。

甲顯著努力集中在人工光,這在一個基本水平,可以被描述為光誘導電荷分離在分子定義的接口的發展。 之一的本研究的預期目標是光控酶和甚至分子尺度電子裝置,它包括電荷載體在響應中傳送到光及化學活性的發展。 這種研究的另一個目的是在生物技術生產的,如酶和色素物質。 在最近幾年,降解油細菌和類似的生物已被用來清理泄漏。 目前,科學家們正在試圖完善使用活和生長在太陽能用於各種生物修複目的,如清理汙染的水供應的生物體的方法。

在一定條件下,藻類可以誘導在特定階段關掉他們的正常光合序列並產生顯著量的氫。 通過防止細胞從燃燒的燃料儲存在通常的方式中,藻類被強製到激活的替代代謝途徑導致生產氫的顯著量。 這一發現引起了有朝一日氫燃料可以從陽光和水,通過采用大型光生物反應器複合物的光合作用過程中產生希望。 最近的研究已經發現含有吸光色素遺傳工程 ,使他們能夠將陽光轉換成細胞能量,而不依賴於葉綠素海洋細菌。 這一發現提出了使用易於操縱的細菌,如大腸杆菌的可能性 大腸杆菌 ,在光驅動能源發電具有物理和生命科學的許多應用。




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