Udvikling af teknologier til at reducere omkostningerne ved grøn brintproduktion

Udvikling af teknologier til at reducere omkostningerne ved grøn brintproduktion

Tidsstempel: 2. juni 2023 kl. 5
Kildeknude: 2700260
02. juni 2023 (Nanowerk nyheder) Grøn brint, som producerer brint uden brug af fossile brændstoffer eller udledning af kuldioxid, er blevet stadig vigtigere i de senere år som led i bestræbelserne på at realisere en dekarboniseret økonomi. Men på grund af de høje produktionsomkostninger for vandelektrolyseanordninger, der producerer grønt brint, har den økonomiske gennemførlighed af grøn brint ikke været særlig høj. Udviklingen af ​​en teknologi, der drastisk reducerer mængden af ​​sjældne metaller såsom iridium og platin, der anvendes i polymerelektrolytmembranvandelektrolyseanordninger, åbner vejen for lavere produktionsomkostninger. Et forskerhold ledet af Dr. Hyun S. Park og Sung Jong Yoo fra Hydrogen and Fuel Cell Research Center ved Korea Institute of Science and Technology (KIST) annoncerede, at de har udviklet en teknologi, der markant kan reducere mængden af ​​platin og iridium, ædelmetaller, der bruges i elektrodebeskyttelseslaget i polymerelektrolytmembranvandelektrolyseanordninger, og sikrer ydeevne og holdbarhed på niveau med eksisterende enheder (Anvendt Katalyse B Miljø, "Højtydende vandelektrolysator med minimal brug af platingruppemetal: Jernnitrid-iridiumoxid kerne-skal nanostrukturer for stabil og effektiv oxygenudviklingsreaktion"). form af en fe2n katalysator Katalysatorform lavet med den nye teknologi (rød-iridium-katalysator/grøn-jernnitrid). (Billede: Korea Institute of Science and Technology) Især i modsætning til tidligere undersøgelser, der fokuserede på at reducere mængden af ​​iridiumkatalysator og samtidig bevare strukturen, der bruger en stor mængde platin og guld som elektrodebeskyttelseslaget, erstattede forskerne ædelmetallet i elektrodebeskyttelseslaget med billigt jernnitrid med stort overfladeareal og ensartet belagt en lille mængde iridiumkatalysator ovenpå, hvilket i høj grad øger den økonomiske effektivitet af elektrolyseanordningen. Polymerelektrolytmembranvandelektrolyseanordningen er en enhed, der producerer brint og oxygen med høj renhed ved at nedbryde vand ved hjælp af elektricitet leveret af vedvarende energi såsom solenergi, og det spiller en rolle i at levere brint til forskellige industrier såsom stålfremstilling og kemikalier. Derudover er det fordelagtigt for energikonvertering at lagre vedvarende energi som brintenergi, så det er meget vigtigt at øge denne enheds økonomiske effektivitet for realiseringen af ​​den grønne brintøkonomi. I en typisk elektrolyseanordning er der to elektroder, der producerer brint og oxygen, og for den oxygengenererende elektrode, som fungerer i et stærkt ætsende miljø, er guld eller platin belagt på overfladen af ​​elektroden med 1 mg/cm2 som et beskyttende lag for at sikre holdbarhed og produktionseffektivitet, og 1-2 mg/cm2 af iridiumkatalysator er belagt ovenpå. De ædle metaller, der anvendes i disse elektrolyseanordninger, har meget lave reserver og produktion, hvilket er en væsentlig faktor, der hindrer den udbredte anvendelse af grønt brintproduktionsudstyr. Skematisk over elektrodefremstillingsprocessen Skematisk over elektrodefremstillingsprocessen for denne udvikling. (Billede: Korea Institut for Videnskab og Teknologi) For at forbedre økonomien ved vandelektrolyse erstattede holdet de sjældne metaller guld og platin, der blev brugt som et beskyttende lag for oxygenelektroden i hydrogenproduktionsenheder med polymerelektrolytmembran med billigt jernnitrid (Fe)2N). For at gøre det udviklede holdet en sammensat proces, der først ensartet overtrækker elektroden med jernoxid, som har lav elektrisk ledningsevne, og derefter omdanner jernoxidet til jernnitrid for at øge dets ledningsevne. Holdet udviklede også en proces, der ensartet overtrækker en iridiumkatalysator omkring 25 nanometer (nm) tyk oven på det beskyttende jernnitridlag, hvilket reducerer mængden af ​​iridiumkatalysator til mindre end 0.1 mg/cm2, hvilket resulterer i en elektrode med høj brintproduktionseffektivitet og holdbarhed. Den udviklede elektrode erstatter guldet eller platinet, der bruges som et beskyttende lag for den oxygengenererende elektrode, med ikke-ædelmetalnitrider, samtidig med at den bibeholder samme ydeevne som eksisterende kommercielle elektrolyseenheder og reducerer mængden af ​​iridiumkatalysator til 10% af det eksisterende niveau. Desuden blev elektrolyseenheden med de nye komponenter brugt i mere end 100 timer for at verificere dens initiale stabilitet. "Reduktion af mængden af ​​iridiumkatalysator og udvikling af alternative materialer til platinbeskyttelseslaget er afgørende for økonomisk og udbredt brug af polymerelektrolytmembraner til fremstilling af grønt hydrogen, og brugen af ​​billigt jernnitrid i stedet for platin er af stor betydning," sagde Dr. Hyun S. Park fra KIST. "Efter yderligere observation af elektrodens ydeevne og holdbarhed, vil vi anvende den på kommercielle enheder i den nærmeste fremtid."

Tidsstempel:

Mere fra Nanoværk