Teknologioiden kehittäminen vihreän vedyn tuotannon kustannusten alentamiseksi

02. kesäkuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Vihreä vety, joka tuottaa vetyä ilman fossiilisia polttoaineita tai hiilidioksidipäästöjä, on noussut viime vuosina yhä tärkeämmäksi osana pyrkimyksiä hiilivapaan talouden toteuttamiseen. Vihreää vetyä tuottavien vesielektrolyysilaitteiden korkeiden tuotantokustannusten vuoksi vihreän vedyn taloudellinen toteutettavuus ei kuitenkaan ole ollut kovin korkea. Polymeerielektrolyyttikalvovesielektrolyysilaitteissa käytettyjen harvinaisten metallien, kuten iridiumin ja platinan, määrää dramaattisesti vähentävän tekniikan kehittäminen avaa tien tuotantokustannusten alenemiselle. Tohtori Hyun S. Parkin ja Sung Jong Yoon johtama tutkimusryhmä Korean tiede- ja teknologiainstituutin (KIST) vety- ja polttokennojen tutkimuskeskuksesta ilmoitti kehittäneensä teknologian, jolla voidaan merkittävästi vähentää platina- ja polttokennojen määrää. iridium, jalometallit, joita käytetään polymeerielektrolyyttikalvon veden elektrolyysilaitteiden elektrodien suojakerroksessa, ja varmistavat suorituskyvyn ja kestävyyden, joka on yhtä hyvä kuin olemassa olevissa laitteissa (Applied Catalysis B Environmental, "Suorituskykyinen vesielektrolysaattori, jossa on vähintään platinaryhmän metallien käyttö: Rautanitridi-iridiumoksidi ydin-kuori nanorakenteet vakaaseen ja tehokkaaseen hapenkehitysreaktioon"). Katalysaattorin muoto valmistettu uudella tekniikalla (puna-iridiumkatalyytti/vihreä-rautanitridi). (Kuva: Korea Institute of Science and Technology) Erityisesti toisin kuin aiemmissa tutkimuksissa, joissa keskityttiin vähentämään iridiumkatalyytin määrää säilyttäen samalla rakenne, joka käyttää paljon platinaa ja kultaa elektrodin suojakerroksena, tutkijat korvasivat jalometallin. elektrodin suojakerroksessa edullisella rautanitridillä, jolla on suuri pinta-ala ja jonka päällä on tasaisesti päällystetty pieni määrä iridiumkatalyyttiä, mikä lisää suuresti elektrolyysilaitteen taloudellista tehokkuutta. Polymeerielektrolyyttikalvoveden elektrolyysilaite on laite, joka tuottaa erittäin puhdasta vetyä ja happea hajottamalla vettä käyttämällä uusiutuvan energian, kuten aurinkovoiman, tuottamaa sähköä, ja sillä on rooli vedyn toimittamisessa eri teollisuudenaloille, kuten teräksen valmistukseen ja kemikaaleihin. Lisäksi energian muuntamisessa on edullista varastoida uusiutuvaa energiaa vetyenergiaksi, joten tämän laitteen taloudellisen hyötysuhteen lisääminen on erittäin tärkeää vihreän vetytalouden toteuttamiselle. Tyypillisessä elektrolyysilaitteessa on kaksi elektrodia, jotka tuottavat vetyä ja happea, ja happea tuottavassa elektrodissa, joka toimii erittäin syövyttävässä ympäristössä, elektrodin pinta on päällystetty kullalla tai platinalla 1 mg/cm2 suojakerroksena kestävyyden ja tuotantotehokkuuden varmistamiseksi ja 1-2 mg/cm2 iridiumkatalyyttiä on päällystetty päälle. Näissä elektrolyysilaitteissa käytettyjen jalometallien varannot ja tuotanto ovat erittäin alhaiset, mikä on merkittävä tekijä, joka estää vihreän vedyn tuotantolaitteiden laajaa käyttöönottoa. Kaavio elektrodien valmistusprosessista tätä kehitystä varten. (Kuva: Korea Institute of Science and Technology) Veden elektrolyysin taloudellisuuden parantamiseksi ryhmä vaihtoi harvinaiset metallit kullan ja platinan, joita käytettiin happielektrodin suojakerroksena polymeerielektrolyyttikalvoissa vedyn tuotantolaitteissa edullisella rautanitridillä (Fe2N). Tätä varten ryhmä kehitti komposiittiprosessin, joka ensin pinnoittaa elektrodin tasaisesti rautaoksidilla, jolla on alhainen sähkönjohtavuus, ja sitten muuntaa rautaoksidin rautanitridiksi sen johtavuuden lisäämiseksi. Ryhmä kehitti myös prosessin, joka pinnoittaa tasaisesti noin 25 nanometrin (nm) paksuisen iridiumkatalyytin rautanitridisuojakerroksen päälle, mikä vähentää iridiumkatalyytin määrän alle 0.1 mg/cm.2, mikä johtaa elektrodiin, jolla on korkea vedyn tuotantotehokkuus ja kestävyys. Kehitetty elektrodi korvaa happea tuottavan elektrodin suojakerroksena käytetyn kullan tai platinan ei-jalometallinitrideillä säilyttäen samalla samanlaisen suorituskyvyn kuin olemassa olevat kaupalliset elektrolyysiyksiköt, ja vähentää iridiumkatalyytin määrän 10 prosenttiin nykyisestä tasosta. Lisäksi uusilla komponenteilla varustettua elektrolyysiyksikköä käytettiin yli 100 tuntia sen alkuperäisen vakauden varmistamiseksi. "Iridiumkatalyytin määrän vähentäminen ja vaihtoehtoisten materiaalien kehittäminen platinaa suojaavalle kerrokselle ovat välttämättömiä polymeerielektrolyyttikalvon vihreän vedyn tuotantolaitteiden taloudelliselle ja laajalle levinneelle käytölle, ja edullisen rautanitridin käyttö platinan sijaan on erittäin tärkeää", sanoi Dr. Hyun S. Park of KIST. "Seurattuamme elektrodin suorituskykyä ja kestävyyttä lisäämme sen lähitulevaisuudessa kaupallisiin laitteisiin."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63099.php