تطوير تقنيات لتقليل تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر

تطوير تقنيات لتقليل تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر

الطابع الزمني: 2 حزيران (يونيو) 2023 ، الساعة 5:25 صباحًا
عقدة المصدر: 2700260
02 يونيو 2023 (أخبار Nanowerk) أصبح الهيدروجين الأخضر، الذي ينتج الهيدروجين دون استخدام الوقود الأحفوري أو انبعاث ثاني أكسيد الكربون، ذا أهمية متزايدة في السنوات الأخيرة كجزء من الجهود المبذولة لتحقيق اقتصاد خالي من الكربون. ومع ذلك، ونظرًا لارتفاع تكلفة إنتاج أجهزة التحليل الكهربائي للمياه التي تنتج الهيدروجين الأخضر، فإن الجدوى الاقتصادية للهيدروجين الأخضر لم تكن عالية جدًا. إن تطوير تقنية تقلل بشكل كبير من كمية المعادن النادرة مثل الإيريديوم والبلاتين المستخدمة في أجهزة التحليل الكهربائي للماء بغشاء البوليمر بالكهرباء يفتح الطريق لخفض تكاليف الإنتاج. أعلن فريق بحث بقيادة الدكتور هيون إس بارك وسونج جونج يو من مركز أبحاث الهيدروجين وخلايا الوقود في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا (KIST) أنهم طوروا تقنية يمكنها تقليل كمية البلاتين والوقود بشكل كبير. الإيريديوم، وهي معادن ثمينة تستخدم في طبقة حماية القطب الكهربائي لأجهزة التحليل الكهربائي للمياه بغشاء البوليمر بالكهرباء، وتأمين الأداء والمتانة على قدم المساواة مع الأجهزة الموجودة (الحفز التطبيقي ب البيئي, "محلل كهربائي مائي عالي الأداء مع الحد الأدنى من استخدام معادن مجموعة البلاتين: هياكل نانوية من نيتريد الحديد وأكسيد الإيريديوم لتفاعل تطور الأكسجين المستقر والفعال"). شكل محفز fe2n شكل المحفز مصنوع بالتقنية الجديدة (محفز الإيريديوم الأحمر / نيتريد الحديد الأخضر). (الصورة: المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا) على وجه الخصوص، على عكس الدراسات السابقة التي ركزت على تقليل كمية محفز الإيريديوم مع الحفاظ على الهيكل الذي يستخدم كمية كبيرة من البلاتين والذهب كطبقة حماية للقطب الكهربائي، استبدل الباحثون المعدن الثمين في طبقة حماية القطب الكهربائي بنتريد الحديد غير المكلف الذي يحتوي على مساحة سطح كبيرة ومغطاة بشكل موحد بكمية صغيرة من محفز الإيريديوم فوقها، مما يزيد بشكل كبير من الكفاءة الاقتصادية لجهاز التحليل الكهربائي. جهاز التحليل الكهربائي للمياه بغشاء البوليمر بالكهرباء هو جهاز ينتج الهيدروجين والأكسجين عالي النقاء عن طريق تحلل الماء باستخدام الكهرباء التي توفرها الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية، ويلعب دورًا في إمداد الهيدروجين لمختلف الصناعات مثل صناعة الصلب والمواد الكيميائية. بالإضافة إلى ذلك، من المفيد لتحويل الطاقة تخزين الطاقة المتجددة كطاقة هيدروجينية، لذا فإن زيادة الكفاءة الاقتصادية لهذا الجهاز مهم جدًا لتحقيق اقتصاد الهيدروجين الأخضر. في جهاز التحليل الكهربائي النموذجي، يوجد قطبان كهربائيان ينتجان الهيدروجين والأكسجين، وبالنسبة لقطب توليد الأكسجين، الذي يعمل في بيئة شديدة التآكل، يتم طلاء الذهب أو البلاتين على سطح القطب بنسبة 1 مجم / سمXNUMX2 كطبقة واقية لضمان المتانة وكفاءة الإنتاج، و1-2 ملغم/سمXNUMX2 يتم طلاء محفز الإيريديوم في الأعلى. تتمتع المعادن الثمينة المستخدمة في أجهزة التحليل الكهربائي هذه باحتياطيات وإنتاج منخفض جدًا، وهو عامل رئيسي يعيق الاعتماد الواسع النطاق لأجهزة إنتاج الهيدروجين الأخضر. رسم تخطيطي لعملية تصنيع القطب الكهربائي رسم تخطيطي لعملية تصنيع القطب الكهربائي لهذا التطور. (الصورة: المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا) لتحسين اقتصاديات التحليل الكهربائي للمياه، استبدل الفريق المعادن النادرة مثل الذهب والبلاتين المستخدمة كطبقة واقية لقطب الأكسجين في أجهزة إنتاج الهيدروجين بغشاء البوليمر المنحل بالكهرباء، مع نيتريد الحديد غير المكلف (Fe).2ن). وللقيام بذلك، طور الفريق عملية مركبة تقوم أولاً بتغليف القطب بشكل موحد بأكسيد الحديد، الذي يتمتع بموصلية كهربائية منخفضة، ثم يقوم بتحويل أكسيد الحديد إلى نيتريد الحديد لزيادة موصليته. طور الفريق أيضًا عملية تغطي بشكل موحد محفز الإيريديوم بسمك حوالي 25 نانومتر فوق الطبقة الواقية من نيتريد الحديد، مما يقلل من كمية محفز الإيريديوم إلى أقل من 0.1 ملجم/سمXNUMX.2مما يؤدي إلى إنتاج قطب كهربائي يتميز بكفاءة ومتانة عالية في إنتاج الهيدروجين. يستبدل القطب المطور الذهب أو البلاتين المستخدم كطبقة واقية لقطب توليد الأكسجين بنتريدات المعادن غير الثمينة مع الحفاظ على أداء مماثل لوحدات التحليل الكهربائي التجارية الموجودة، ويقلل من كمية محفز الإيريديوم إلى 10% من المستوى الحالي. بالإضافة إلى ذلك، تم تشغيل وحدة التحليل الكهربائي بالمكونات الجديدة لأكثر من 100 ساعة للتحقق من ثباتها الأولي. "يعد تقليل كمية محفز الإيريديوم وتطوير مواد بديلة للطبقة الواقية من البلاتين أمرًا ضروريًا للاستخدام الاقتصادي والواسع النطاق لأجهزة إنتاج الهيدروجين الأخضر بغشاء البوليمر بالكهرباء، كما أن استخدام نيتريد الحديد غير المكلف بدلاً من البلاتين له أهمية كبيرة". الدكتور هيون س. بارك من KIST. "وبعد مراقبة أداء ومتانة القطب الكهربائي، سنطبقه على الأجهزة التجارية في المستقبل القريب."

الطابع الزمني:

اكثر من نانوويرك