Решаване на недостига на доставка на кислород с електрохимия

Ново електрохимично устройство произвежда кислород с висока чистота на място и изследователите се надяват, че то може да помогне за ограничаване на недостига на доставки на кислород.

Две години в Covid-19 пандемия и достъпът до кислород все още е основен проблем в страните с ниски и средни доходи.

Докато по-голямата част от пациентите с COVID-19 изпитват леки или умерени симптоми, тъй като COVID-19 е респираторно заболяване, увреждането, причинено на белите дробове, означава, че те са по-малко ефективни при пропускането на кислорода в кръвния поток.

„Острият недостиг на медицински кислород с чистота ≥ 99,5% директно доведе до смъртта на тревожен брой критично болни пациенти, които можеха да бъдат излекувани“, каза Чанминг Джао, изследовател в Anhui Entropy Technology Co., Ltd, Китай, в електронна поща. „Този ​​болезнен факт ни подтикна да започнем да проучваме как да подобрим устройствата за подаване на кислород в болниците.“

в изследване публикуван в Усъвършенствани енергийни материалиДжао и неговите сътрудници Сен Лин от университета Фуджоу и Юен Ву от Университета за наука и технологии на Китай разработиха устройство, което генерира собствено снабдяване с кислород с помощта на електрохимия.

„Сегашните устройства за подаване на кислород, като кислородни резервоари и търговски устройства за генериране на кислород за адсорбция с промяна на налягането (PSA), не могат да произвеждат кислород на място и с висока чистота (≥ 99,5%)“, каза Джао. „Ограниченията на съществуващите устройства за подаване на кислород може да са една от причините за недостига на кислород в много страни. Затова се опитахме да разработим устройство, което да преодолее ограниченията на конвенционалните доставки на кислород и да помогне за облекчаване на пропуските.”

Решаване на недостига на доставка на кислород с нова технология

В болниците кислородът се съхранява в течна форма в големи резервоари, свързани с отделенията. Тъй като интензивните отделения са претоварени с тежко болни пациенти, доставката на кислород не може да се поддържа в резултат на проблеми със съхранението и транспортирането. Алтернативен генератор, наречен PSA устройство, може да се използва в такива случаи, тъй като осигурява бързо, непрекъснато производство на кислород. Въпреки това, той произвежда само кислород с чистота около 93%, което не отговаря на стандартите на СЗО във Фармакопеята за медицински кислород с висока чистота (≥99,5%).

„В някои спешни случаи, като пациенти с тежка хипоксия на сърцето и мозъчната тъкан, доставянето на кислород, генериран от PSA устройството, може да не постигне оптималния терапевтичен ефект“, каза Джао. Дори при това ограничено представяне много доставчици на здравни услуги трябваше да направят отстъпки поради липса на оборудване и доставки.

Ето защо екипът разработи ново устройство, базирано на електрохимия, което осигурява ≥ 99,9% чист кислород. „Най-важната разлика между нашето електрохимично устройство за генериране на кислород и съществуващите устройства за подаване на кислород е източникът на кислород“, обясни Джао. „За течния кислород, съхраняван в резервоари, кислородът се получава от отделянето на втечнен въздух чрез супер ниска температура. Този метод изисква обемисто и сложно производствено оборудване, както и значителна консумация на енергия, поради което е трудно да се реализира на място производство за болници.

„За устройствата за генериране на кислород на PSA кислородът се получава чрез физическо отделяне на кислорода от въздуха и ефективността на отделяне е трудно да се достигне 100%, така че чистотата на кислорода е ограничена“, продължи той.

Новото устройство произвежда кислород чрез електрохимична реакция, която протича под определено напрежение. Кислородът от въздуха се редуцира селективно на катода на устройството до протониран вид. След това това съединение се предава към анода, където се окислява обратно до кислород, до голяма степен свободен от другите елементи във въздуха. Резултатът е чист, лесен за достъп кислород.

Докато тези резултати от прототипа са обещаващи, за да се приложи устройството в голям мащаб, все още е необходима оптимизация.

„Въпреки че устройството може да работи стабилно в продължение на няколко стотици часа, това все още е много по-малко от действителните изисквания на приложението, което ще изисква десетки хиляди часове“, каза Джао. „В следващите проучвания ще подобрим реакционната система, като заменим алкалния разтвор с чиста вода, за да забавим стареенето на основните компоненти, като по този начин удължим експлоатационния живот. Междувременно ние също се фокусираме върху разработването на тънки и евтини биполярни пластини, за да намалим допълнително тяхната цена и тегло.

Екипът стартира компания, наречена Anhui Entropy Energy Technology Co., Ltd, посветена на ускоряването на нейната търговска наличност.

Използвана литература: Changming Zhao, Sen Lin, Yuen Wu и др., Електрохимичен кислороден генератор с 99,9% чистота на кислорода и висока енергийна ефективност, Усъвършенствани енергийни материали (2022). DOI: 10.1002/aenm.202201027

Leave a Comment