Technológiák fejlesztése a zöld hidrogén előállítás költségeinek csökkentésére

Technológiák fejlesztése a zöld hidrogén előállítás költségeinek csökkentésére

Időbélyeg: 2. június 2023. 5:25
Forrás csomópont: 2700260
02. június 2023. (Nanowerk News) A zöld hidrogén, amely fosszilis tüzelőanyagok vagy szén-dioxid-kibocsátás nélkül állít elő hidrogént, az elmúlt években egyre fontosabbá vált a szén-dioxid-mentesítésre irányuló erőfeszítések részeként. A zöld hidrogént előállító vízelektrolízis készülékek magas gyártási költsége miatt azonban a zöld hidrogén gazdasági megvalósíthatósága nem volt túl magas. Egy olyan technológia kifejlesztése, amely drasztikusan csökkenti a ritka fémek, például az irídium és a platina mennyiségét a polimer elektrolit membrános vízelektrolízis készülékekben, utat nyit az alacsonyabb gyártási költségek felé. Dr. Hyun S. Park és Sung Jong Yoo, a Koreai Tudományos és Technológiai Intézet (KIST) Hidrogén- és Üzemanyagcellás Kutatóközpontjának kutatócsoportja bejelentette, hogy olyan technológiát fejlesztettek ki, amellyel jelentősen csökkenthető a platina és a irídium, a polimer elektrolit membrán vízelektrolízis készülékek elektróda védőrétegében használt nemesfémek, valamint a meglévő eszközökkel megegyező teljesítmény és tartósság (Alkalmazott katalízis B Környezetvédelmi, „Nagy teljesítményű vízelektrolizátor minimális platinacsoport fémhasználattal: vas-nitrid–iridium-oxid mag–héj nanoszerkezetek a stabil és hatékony oxigénfejlődési reakcióért”). fe2n katalizátor alakja Új technológiával készült katalizátorforma (vörös-iridium katalizátor/zöld-vas-nitrid). (Kép: Koreai Tudományos és Technológiai Intézet) Konkrétan, ellentétben a korábbi tanulmányokkal, amelyek az irídium katalizátor mennyiségének csökkentésére összpontosítottak, miközben megőrizték a szerkezetet, amely nagy mennyiségű platinát és aranyat használ elektróda védőrétegként, a kutatók lecserélték a nemesfémet. az elektróda védőrétegében olcsó, nagy felületű vas-nitriddel és egyenletesen bevont kis mennyiségű irídium katalizátorral, ami nagymértékben növeli az elektrolizáló berendezés gazdaságosságát. A polimer elektrolit membrán vízelektrolízis készülék olyan eszköz, amely nagy tisztaságú hidrogént és oxigént állít elő megújuló energiaforrásból, például napenergiából származó villamos energia felhasználásával víz lebontásával, és szerepet játszik a különböző iparágak, például az acélgyártás és a vegyipar hidrogénellátásában. Emellett az energiaátalakításnál előnyös a megújuló energia hidrogénenergiaként történő tárolása, így a zöld hidrogén gazdaság megvalósítása szempontjából nagyon fontos ennek a készüléknek a gazdaságossági hatékonyságának növelése. Egy tipikus elektrolizáló készülékben két elektróda található, amelyek hidrogént és oxigént termelnek, az oxigént előállító elektródához pedig, amely erősen korrozív környezetben működik, az elektróda felületét arany vagy platina bevonattal látják el 1 mg/cm koncentrációban.2 védőrétegként a tartósság és a gyártási hatékonyság biztosítására, valamint 1-2 mg/cm2 tetejére irídium katalizátor van bevonva. Az ezekben az elektrolizáló berendezésekben használt nemesfémek tartalékai és termelése nagyon alacsonyak, ami a zöld hidrogént előállító eszközök széles körű elterjedését akadályozó fő tényező. Az elektródák gyártási folyamatának vázlata Az elektródagyártási folyamat vázlata ehhez a fejlesztéshez. (Kép: Koreai Tudományos és Technológiai Intézet) A vízelektrolízis gazdaságosságának javítása érdekében a csapat a ritka fémeket, az aranyat és a platinát, amelyek az oxigénelektróda védőrétegeként használtak polimer elektrolit membrános hidrogéngyártó berendezésekben, olcsó vas-nitridre (Fe) cserélték.2N). Ennek érdekében a csapat kifejlesztett egy összetett eljárást, amely először egyenletesen vonja be az elektródát vas-oxiddal, amelynek alacsony az elektromos vezetőképessége, majd a vas-oxidot vas-nitriddé alakítja, hogy növelje vezetőképességét. A csapat egy olyan eljárást is kifejlesztett, amely egy körülbelül 25 nanométer (nm) vastagságú irídium katalizátort egyenletesen von be a vas-nitrid védőréteg tetejére, így az irídium katalizátor mennyisége 0.1 mg/cm alá csökken.2, amelynek eredményeként egy elektródát kapunk, amely nagy hidrogéntermelési hatékonysággal és tartóssággal rendelkezik. A kifejlesztett elektróda az oxigénfejlesztő elektróda védőrétegeként használt aranyat vagy platinát nem nemesfém-nitridekre cseréli, miközben megőrzi a meglévő kereskedelmi elektrolizáló egységek teljesítményét, és a meglévő szint 10%-ára csökkenti az irídium katalizátor mennyiségét. Ezen túlmenően az elektrolizáló egységet az új alkatrészekkel több mint 100 órán át üzemeltették, hogy ellenőrizzék kezdeti stabilitását. „Az irídiumkatalizátor mennyiségének csökkentése és a platina védőréteg alternatív anyagainak kifejlesztése elengedhetetlen a polimer elektrolit membrán zöld hidrogén előállító eszközök gazdaságos és széles körben elterjedt használatához, és a platina helyett az olcsó vas-nitrid alkalmazása is nagy jelentőséggel bír” – mondta. Dr. Hyun S. Park of KIST. "Az elektróda teljesítményének és tartósságának további megfigyelése után a közeljövőben kereskedelmi eszközökön is alkalmazni fogjuk."

Időbélyeg:

Még több Nanowerk