Lyn under vandet

Elektrokemiske celler hjælper med at genbruge CO ₂ . Imidlertid, de katalytiske overflader bliver slidt ned i processen. Forskere ved Collaborative Research Center 1316 "Forbigående atmosfæriske plasmaer:fra plasmaer til væsker til faste stoffer" ved Ruhr-Universität Bochum (RUB) undersøger, hvordan de kan regenereres med et tryk på en knap ved hjælp af ekstreme plasmaer i vand. I det første, de indsatte optisk spektroskopi og modellering for at analysere sådanne undersøiske plasmaer i detaljer, som kun findes i nogle få nanosekunder, og teoretisk beskrive forholdene under plasmantændelse. De offentliggjorde deres rapport i tidsskriftet Plasmakilder Videnskab og teknologi den 4. juni 2019.

Plasmaer er ioniserede gasser:de dannes, når en gas får strøm, der derefter indeholder frie elektroner. I naturen, plasma forekommer inde i stjerner eller har form af polarlys på Jorden. Inden for teknik, plasma bruges f.eks. til at generere lys i lysstofrør, eller at fremstille nye materialer inden for mikroelektronik. "Typisk, plasma genereres i gasfasen, for eksempel i luften eller i ædelgasser, "forklarer Katharina Grosse fra Institute for Experimental Physics II på RUB.

Brud i vandet

I den aktuelle undersøgelse, forskerne har genereret plasmaer direkte i en væske. Til denne ende, de påførte en højspænding til en nedsænket hårgrænseelektrode i intervallet flere milliarder sekunder. Efter plasmaantændelse, der er en høj undertrykforskel ved spidsen af ​​elektroden, hvilket resulterer i, at der dannes brud i væsken. Plasma spreder sig derefter over disse brud. "Plasma kan sammenlignes med et lyn - kun i dette tilfælde sker det under vandet, ”siger Katharina Grosse.

Varmere end solen

Ved hjælp af hurtig optisk spektroskopi i kombination med en væskedynamik -model, forskergruppen identificerede variationerne i magt, tryk, og temperatur i disse plasmaer. "I processen, vi observerede, at forbruget inde i disse plasmaer kortvarigt udgør op til 100 kilowatt. Dette svarer til den tilsluttede belastning af flere enfamiliehuse, "påpeger professor Achim von Keudell fra Institute for Experimental Physics II.

Ud over, tryk, der overstiger flere tusinde barer, genereres - svarende til eller endda overstiger trykket i den dybeste del af Stillehavet. Endelig, der er korte temperaturudbrud på flere tusinde grader, som nogenlunde er lige store og endda overgår solens overfladetemperatur.

Vand nedbrydes i dets komponenter

Sådanne ekstreme forhold varer kun i meget kort tid. "Hidtil har undersøgelser primært fokuseret på undersøiske plasmaer i mikrosekundområdet, "forklarer Katharina Grosse." I det tidsrum, vandmolekyler har chancen for at kompensere for plasmaets tryk. "De ekstreme plasmaer, der har været genstand for den aktuelle undersøgelse, har meget hurtigere processer. Vandet kan ikke kompensere for trykket, og molekylerne brydes ned i deres komponenter .

"Den ilt, der frigives, spiller en afgørende rolle for katalytiske overflader i elektrokemiske celler, "forklarer Katharina Grosse." Ved at oxidere sådanne overflader igen, det hjælper dem med at regenerere og optage deres fulde katalytiske aktivitet igen. I øvrigt, reagenser opløst i vand kan også aktiveres, hvilket letter katalyseprocesser. "