توسعه فن آوری برای کاهش هزینه های تولید هیدروژن سبز

توسعه فن آوری برای کاهش هزینه های تولید هیدروژن سبز

تمبر زمان: 2 ژوئن 2023 ساعت 5:25 صبح
گره منبع: 2700260
02 ژوئن 2023 (اخبار نانوورک) هیدروژن سبز، که هیدروژن را بدون استفاده از سوخت های فسیلی یا انتشار دی اکسید کربن تولید می کند، در سال های اخیر به عنوان بخشی از تلاش ها برای تحقق اقتصاد کربن زدایی شده اهمیت فزاینده ای پیدا کرده است. با این حال، به دلیل هزینه بالای تولید دستگاه های الکترولیز آب که هیدروژن سبز تولید می کنند، امکان اقتصادی هیدروژن سبز چندان بالا نبوده است. توسعه فناوری که به شدت میزان فلزات کمیاب مانند ایریدیوم و پلاتین مورد استفاده در دستگاه های الکترولیز آب غشای الکترولیت پلیمری را کاهش می دهد، راه را برای کاهش هزینه های تولید باز می کند. یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی دکتر هیون اس پارک و سونگ جونگ یو از مرکز تحقیقات هیدروژن و سلول سوختی در موسسه علوم و فناوری کره (KIST) اعلام کردند که فناوری توسعه داده اند که می تواند میزان پلاتین و پلاتین را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. ایریدیوم، فلزات گرانبها مورد استفاده در لایه محافظ الکترود دستگاه های الکترولیز آب غشای الکترولیت پلیمری، و عملکرد و دوام ایمن در حد دستگاه های موجود (کاتالیزور کاربردی زیست محیطی B, الکترولیز آب با کارایی بالا با حداقل استفاده از فلز گروه پلاتین: نانوساختارهای هسته نیترید آهن – اکسید ایریدیم برای واکنش تکامل اکسیژن پایدار و کارآمد). شکل یک کاتالیزور fe2n شکل کاتالیست ساخته شده با فناوری جدید (کاتالیزور قرمز-ایریدیم/نیترید آهن سبز). (تصویر: موسسه علوم و فناوری کره) به طور خاص، بر خلاف مطالعات قبلی که بر کاهش مقدار کاتالیزور ایریدیوم تمرکز داشت و در عین حال ساختاری را که از مقدار زیادی پلاتین و طلا به عنوان لایه حفاظتی الکترود استفاده می‌کرد، متمرکز بود، محققان این فلز گرانبها را جایگزین کردند. در لایه حفاظتی الکترود با نیترید آهن ارزان قیمت که دارای سطح وسیعی است و به طور یکنواخت مقدار کمی کاتالیزور ایریدیوم را در بالای آن پوشانده است، کارایی اقتصادی دستگاه الکترولیز را تا حد زیادی افزایش می دهد. دستگاه الکترولیز آب غشایی الکترولیت پلیمری دستگاهی است که با تجزیه آب با استفاده از برق تامین شده از انرژی های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی هیدروژن و اکسیژن با خلوص بالا تولید می کند و در تامین هیدروژن صنایع مختلف مانند فولادسازی و مواد شیمیایی نقش دارد. علاوه بر این، ذخیره انرژی تجدیدپذیر به عنوان انرژی هیدروژنی برای تبدیل انرژی مفید است، بنابراین افزایش بازده اقتصادی این دستگاه برای تحقق اقتصاد هیدروژن سبز بسیار مهم است. در یک دستگاه الکترولیز معمولی، دو الکترود وجود دارد که هیدروژن و اکسیژن تولید می کنند و برای الکترود مولد اکسیژن که در محیطی بسیار خورنده عمل می کند، طلا یا پلاتین روی سطح الکترود با 1 میلی گرم بر سانتی متر پوشش داده می شود.2 به عنوان یک لایه محافظ برای اطمینان از دوام و راندمان تولید و 1-2 میلی گرم در سانتی متر2 کاتالیزور ایریدیوم در بالا پوشیده شده است. فلزات گرانبها مورد استفاده در این دستگاه های الکترولیز دارای ذخایر و تولید بسیار کمی هستند که عامل اصلی مانع از پذیرش گسترده دستگاه های تولید هیدروژن سبز است. شماتیک فرآیند ساخت الکترود شماتیکی از فرآیند ساخت الکترود برای این توسعه. (تصویر: موسسه علوم و فناوری کره) برای بهبود اقتصاد الکترولیز آب، تیم فلزات کمیاب طلا و پلاتین را که به عنوان لایه محافظ برای الکترود اکسیژن در دستگاه های تولید هیدروژن غشای الکترولیت پلیمری استفاده می شود را با نیترید آهن ارزان قیمت (Fe) جایگزین کرد.2ن). برای انجام این کار، تیم یک فرآیند ترکیبی ایجاد کردند که ابتدا الکترود را با اکسید آهن که رسانایی الکتریکی پایینی دارد به طور یکنواخت می پوشاند و سپس اکسید آهن را به نیترید آهن تبدیل می کند تا رسانایی آن را افزایش دهد. این تیم همچنین فرآیندی را توسعه دادند که به طور یکنواخت یک کاتالیزور ایریدیوم با ضخامت حدود 25 نانومتر (nm) را در بالای لایه محافظ نیترید آهن می پوشاند و مقدار کاتالیزور ایریدیوم را به کمتر از 0.1 میلی گرم بر سانتی متر کاهش می دهد.2و در نتیجه الکترودی با راندمان و دوام تولید هیدروژن بالا ایجاد می شود. الکترود توسعه یافته جایگزین طلا یا پلاتین مورد استفاده به عنوان یک لایه محافظ برای الکترود تولید کننده اکسیژن با نیتریدهای فلزات غیر گرانبها می شود و در عین حال عملکرد مشابه واحدهای الکترولیز تجاری موجود را حفظ می کند و مقدار کاتالیزور ایریدیوم را تا 10 درصد از سطح موجود کاهش می دهد. علاوه بر این، واحد الکترولیز با اجزای جدید بیش از 100 ساعت کار کرد تا پایداری اولیه آن تأیید شود. گفت: کاهش مقدار کاتالیزور ایریدیوم و توسعه مواد جایگزین برای لایه محافظ پلاتین برای استفاده اقتصادی و گسترده از دستگاه‌های تولید هیدروژن سبز غشای الکترولیت پلیمری ضروری است و استفاده از نیترید آهن ارزان قیمت به جای پلاتین از اهمیت بالایی برخوردار است. دکتر هیون اس. پارک KIST. پس از مشاهده بیشتر عملکرد و دوام الکترود، در آینده نزدیک آن را در دستگاه های تجاری اعمال خواهیم کرد.

تمبر زمان:

بیشتر از نانورک