Ανάπτυξη τεχνολογιών για τη μείωση του κόστους παραγωγής πράσινου υδρογόνου

Ανάπτυξη τεχνολογιών για τη μείωση του κόστους παραγωγής πράσινου υδρογόνου

Χρονική σήμανση: 2 Ιουνίου 2023 5:25 π.μ.
Κόμβος πηγής: 2700260
02 Ιουνίου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Το πράσινο υδρογόνο, το οποίο παράγει υδρογόνο χωρίς τη χρήση ορυκτών καυσίμων ή την εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα, έχει γίνει ολοένα και πιο σημαντικό τα τελευταία χρόνια ως μέρος των προσπαθειών για την πραγματοποίηση μιας οικονομίας χωρίς άνθρακα. Ωστόσο, λόγω του υψηλού κόστους παραγωγής των συσκευών ηλεκτρόλυσης νερού που παράγουν πράσινο υδρογόνο, η οικονομική σκοπιμότητα του πράσινου υδρογόνου δεν ήταν πολύ υψηλή. Η ανάπτυξη μιας τεχνολογίας που μειώνει δραστικά την ποσότητα σπάνιων μετάλλων όπως το ιρίδιο και η πλατίνα που χρησιμοποιούνται σε συσκευές ηλεκτρόλυσης νερού με μεμβράνη πολυμερούς ηλεκτρολύτη ανοίγει το δρόμο για χαμηλότερο κόστος παραγωγής. Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Δρ. Hyun S. Park και τον Sung Jong Yoo του Κέντρου Έρευνας Υδρογόνου και Κυψελών Καυσίμου στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κορέας (KIST) ανακοίνωσε ότι έχει αναπτύξει μια τεχνολογία που μπορεί να μειώσει σημαντικά την ποσότητα πλατίνας και ιρίδιο, πολύτιμα μέταλλα που χρησιμοποιούνται στο στρώμα προστασίας ηλεκτροδίων συσκευών ηλεκτρόλυσης νερού με μεμβράνη πολυμερούς ηλεκτρολύτη και ασφαλή απόδοση και ανθεκτικότητα στο ίδιο επίπεδο με τις υπάρχουσες συσκευές (Applied Catalysis B Environmental, "Ηλεκτρολυτής νερού υψηλής απόδοσης με ελάχιστη χρήση μετάλλων της ομάδας πλατίνας: Νανοδομές νιτριδίου σιδήρου-πυρήνα οξειδίου ιριδίου-κέλυφος για σταθερή και αποτελεσματική αντίδραση έκλυσης οξυγόνου"). σχήμα καταλύτη fe2n Σχήμα καταλύτη κατασκευασμένο με τη νέα τεχνολογία (κόκκινο-ιρίδιο καταλύτης/πράσινο-νιτρίδιο σιδήρου). (Εικόνα: Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κορέας) Συγκεκριμένα, σε αντίθεση με προηγούμενες μελέτες που επικεντρώθηκαν στη μείωση της ποσότητας του καταλύτη ιριδίου διατηρώντας παράλληλα τη δομή που χρησιμοποιεί μεγάλη ποσότητα πλατίνας και χρυσού ως προστατευτικό στρώμα ηλεκτροδίων, οι ερευνητές αντικατέστησαν το πολύτιμο μέταλλο στο προστατευτικό στρώμα ηλεκτροδίου με φθηνό νιτρίδιο σιδήρου που έχει μεγάλη επιφάνεια και ομοιόμορφα επικαλυμμένο μικρή ποσότητα καταλύτη ιριδίου από πάνω του, αυξάνοντας σημαντικά την οικονομική απόδοση της συσκευής ηλεκτρόλυσης. Η συσκευή ηλεκτρόλυσης νερού με μεμβράνη πολυμερούς ηλεκτρολύτη είναι μια συσκευή που παράγει υψηλής καθαρότητας υδρογόνο και οξυγόνο αποσυνθέτοντας νερό χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια που παρέχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως η ηλιακή ενέργεια, και παίζει ρόλο στην παροχή υδρογόνου σε διάφορες βιομηχανίες όπως η χαλυβουργία και τα χημικά. Επιπλέον, είναι πλεονεκτικό για τη μετατροπή ενέργειας να αποθηκεύεται η ανανεώσιμη ενέργεια ως ενέργεια υδρογόνου, επομένως η αύξηση της οικονομικής απόδοσης αυτής της συσκευής είναι πολύ σημαντική για την πραγματοποίηση της πράσινης οικονομίας υδρογόνου. Σε μια τυπική συσκευή ηλεκτρόλυσης, υπάρχουν δύο ηλεκτρόδια που παράγουν υδρογόνο και οξυγόνο, και για το ηλεκτρόδιο παραγωγής οξυγόνου, το οποίο λειτουργεί σε ένα εξαιρετικά διαβρωτικό περιβάλλον, επικαλύπτεται χρυσός ή πλατίνα στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου σε 1 mg/cm.2 ως προστατευτικό στρώμα για εξασφάλιση αντοχής και απόδοσης παραγωγής, και 1-2 mg/cm2 από καταλύτη ιριδίου επικαλύπτεται από πάνω. Τα πολύτιμα μέταλλα που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις συσκευές ηλεκτρόλυσης έχουν πολύ χαμηλά αποθέματα και παραγωγή, γεγονός που αποτελεί σημαντικό παράγοντα που εμποδίζει την ευρεία υιοθέτηση των συσκευών παραγωγής πράσινων υδρογόνου. Σχηματική διαδικασία κατασκευής ηλεκτροδίων Σχηματική της διαδικασίας κατασκευής ηλεκτροδίων για αυτήν την εξέλιξη. (Εικόνα: Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κορέας) Για να βελτιώσει τα οικονομικά της ηλεκτρόλυσης νερού, η ομάδα αντικατέστησε τα σπάνια μέταλλα χρυσό και πλατίνα που χρησιμοποιούνται ως προστατευτικό στρώμα για το ηλεκτρόδιο οξυγόνου σε συσκευές παραγωγής υδρογόνου με μεμβράνη πολυμερών ηλεκτρολυτών με φθηνό νιτρίδιο σιδήρου (Fe2Ν). Για να γίνει αυτό, η ομάδα ανέπτυξε μια σύνθετη διαδικασία που πρώτα επικαλύπτει ομοιόμορφα το ηλεκτρόδιο με οξείδιο του σιδήρου, το οποίο έχει χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, και στη συνέχεια μετατρέπει το οξείδιο του σιδήρου σε νιτρίδιο σιδήρου για να αυξήσει την αγωγιμότητά του. Η ομάδα ανέπτυξε επίσης μια διαδικασία που επικαλύπτει ομοιόμορφα έναν καταλύτη ιριδίου πάχους περίπου 25 νανόμετρων (nm) πάνω από το προστατευτικό στρώμα νιτριδίου σιδήρου, μειώνοντας την ποσότητα του καταλύτη ιριδίου σε λιγότερο από 0.1 mg/cm2, με αποτέλεσμα ένα ηλεκτρόδιο με υψηλή απόδοση παραγωγής υδρογόνου και ανθεκτικότητα. Το ηλεκτρόδιο που αναπτύχθηκε αντικαθιστά τον χρυσό ή την πλατίνα που χρησιμοποιείται ως προστατευτικό στρώμα για το ηλεκτρόδιο παραγωγής οξυγόνου με νιτρίδια μη πολύτιμων μετάλλων, ενώ διατηρεί παρόμοια απόδοση με τις υπάρχουσες εμπορικές μονάδες ηλεκτρόλυσης και μειώνει την ποσότητα του καταλύτη ιριδίου στο 10% του υπάρχοντος επιπέδου. Επιπλέον, η μονάδα ηλεκτρόλυσης με τα νέα εξαρτήματα λειτούργησε για περισσότερες από 100 ώρες για να επαληθευτεί η αρχική της σταθερότητα. «Η μείωση της ποσότητας του καταλύτη ιριδίου και η ανάπτυξη εναλλακτικών υλικών για το προστατευτικό στρώμα πλατίνας είναι απαραίτητα για την οικονομική και ευρεία χρήση συσκευών παραγωγής πράσινου υδρογόνου με μεμβράνη πολυμερών ηλεκτρολυτών και η χρήση φθηνού νιτριδίου σιδήρου αντί της πλατίνας είναι μεγάλης σημασίας», είπε. Δρ. Hyun S. Park of KIST. «Μετά από περαιτέρω παρατήρηση της απόδοσης και της αντοχής του ηλεκτροδίου, θα το εφαρμόσουμε σε εμπορικές συσκευές στο εγγύς μέλλον».

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Νανοχόκ