Роль нанотехнологий в электрохимии очень значительна, но не исключено, что возможности этой технологии до настоящего времени не были полностью реализованы. Особенно это связано с электрохимической энергетикой. Сейчас электрохимическая энергетика в основном на основе литий-ионных аккумуляторов (и аналогичных аккумуляторов). На самом деле эти мощные устройства передают только электрическую энергию от стационарных источников к мобильным. В то же время электрохимические генераторы (ЭГ) являются независимыми источниками питания для мобильного применения. Данные топливные элементы с высокой удельной энергией и высокой эффективностью (до 70-80%) является одной из важных частей для новой энергетики.
Технологии топливных элементов впервые появились более 100 лет назад, но даже сейчас имеют практически ограниченное применение и причина не только в экономике. Обычно катализаторами электродов являются только металлы Pt (или Pt-группы). Коммерчески доступные батареи, такие как эффективный O2 / H2, используют Pt-катализаторы и цилиндры высокого давления с O2 и H2. Техника мощная и эффективная, но дорогая и опасная. В то же время топливо на основе Н2 уникально из-за огромной удельной энергии. Источники водорода не ограничены.
В последние десятилетия исследователи сосредоточились на исследовании топлива на основе безопасной и не дорогой H2 носителей (H 2 богатые химические соединения). Основная задача сейчас состоит в том, чтобы найти новый безопасный водородный носитель (топливо) и заменить традиционные редкие и дорогие катализаторы на основе благородных металлов низкозатратными и эффективными металлическими или композитными катализаторами на основе нанотехнологий.
В недавно проведённых исследованиях было установленно, что Cu в наноформе проявляет огромную каталитическую активность в отношении окисления некоторых аминосоединений. На основе экспериментальных результатов химики разработали новый топливный элемент на основе катализаторов из неблагородных металлов и аминосоединений в качестве топлива, например, аммиачно-борановых комплексов, борогидридов и гидразина (и его производных) в качестве топлива. Было показано, что недорогой катализатор на основе наночастиц Cu в системе работает примерно в 1,5 раза мощнее, чем классический Pt-катализатор. Показано, что при высоком pH потенциал разомкнутой цепи (OCP) на нано-Cu составляет -1,45 В, а ocp на нано-Pt составляет -1,0 В (против Ag / AgCl, насыщенного электрода сравнения KCl). И, соответственно, потенциал оценки водорода (EH 2 ) на нано-Cu примерно в 1,5 раза выше, чем у Pt. Был разработан прототип комнатной температуры (RT) прямого жидкого топливного элемента (DLFC). Результат тестирования DLFC был положительным. Ячейка работает в безостановочном режиме в режиме гальваностата более 1000 часов (ток разряда - 1,0 А). В то же время электрод из объемного (компактного) Cu не проявляет этого эффекта. Это только один пример эффекта применения нанотехнологий в электрохимии.
Примеры показывают, что исследования в области нанотехнологий являются способом поиска нетрадиционных решений на пути к другим аспектам современных источников энергии. В настоящее время особый интерес представляют исследования микротопливных элементов или биотопливных элементов. Эти устройства могут найти широкое применение в медицине в качестве внутренних источников энергии микроразмера, например, для кардиостимуляторов. Один из примеров такой работы в области биотопливной ячейки (BFC) описан. Это одна из первых попыток исследования технологии BFC на основе несмешивающихся растворителей. Действительно, использование в технологии BFC несмешивающихся растворителей позволяет значительно упростить конструкцию ячейки (разделитель просто не нужен). В то же время перенос заряда через несмешивающуюся границу жидкость-жидкость является новой задачей в поиске пути к новой энергетике. Биотопливный элемент генерирует напряжение холостого хода приблизительно 1В и плотности тока короткого замыкания примерно 830 мкА. Максимальная электрическая мощность, извлекаемая из элемента, составляет 520 мкВт при внешней оптимальной нагрузке 0,4 кОм. Коэффициент заполнения ячейки биотоплива, составляет около 60%. Биотопливный элемент на основе биоэлектрокаталитических процессов в двух несмешивающихся электролитах демонстрирует значительное увеличение оценочной мощности по сравнению с аналогичными электрокаталитическими системами в однофазном водном электролите.
Нанотехнологии - это путь к пограничным решениям, и может быть очень полезно не только в технологии источников питания, но и в датчиках. Контроль и мониторинг опасных и вредных веществ необходим во всех сферах нашей жизни; в медицине, контроле пищевых продуктов, контроле загрязнения воздуха и воды.
