פיתוח טכנולוגיות להפחתת העלות של ייצור מימן ירוק

פיתוח טכנולוגיות להפחתת העלות של ייצור מימן ירוק

חותמת זמן: 2 ביוני 2023 5:25
צומת המקור: 2700260
02 ביוני 2023 (חדשות Nanowerk) המימן הירוק, המייצר מימן ללא שימוש בדלקים מאובנים או פליטת פחמן דו חמצני, הפך ליותר ויותר חשוב בשנים האחרונות כחלק מהמאמצים לממש כלכלה מופחתת. עם זאת, בשל עלות הייצור הגבוהה של מכשירי אלקטרוליזה מים המייצרים מימן ירוק, ההיתכנות הכלכלית של מימן ירוק לא הייתה גבוהה במיוחד. הפיתוח של טכנולוגיה שמפחיתה באופן דרסטי את כמות המתכות הנדירות כגון אירידיום ופלטינה המשמשות במכשירי אלקטרוליזה של ממברנות פולימר אלקטרוליט פותחת את הדרך להורדת עלויות הייצור. צוות מחקר בראשות ד"ר היון ס. פארק וסונג ג'ונג יו מהמרכז לחקר מימן ותאי דלק במכון קוריאה למדע וטכנולוגיה (KIST) הודיע ​​כי פיתחו טכנולוגיה שיכולה להפחית משמעותית את כמות הפלטינה אירידיום, מתכות יקרות המשמשות בשכבת ההגנה על האלקטרודות של התקני אלקטרוליזה בממברנת פולימר אלקטרוליט, וביצועים ועמידות מאובטחים בהשוואה להתקנים קיימים (קטליזה יישומית B סביבתית, "אלקטרוליזר מים בעל ביצועים גבוהים עם שימוש מינימלי במתכת פלטינה: ברזל ניטריד-אירידיום אוקסיד ליבה-קליפה לתגובת התפתחות חמצן יציבה ויעילה"). צורה של זרז fe2n צורת זרז שנעשתה בטכנולוגיה החדשה (זרז אדום-אירידיום/ניטריד ברזל ירוק). (תמונה: מכון קוריאה למדע וטכנולוגיה) בפרט, בניגוד למחקרים קודמים שהתמקדו בהפחתת כמות הזרז האירידיום תוך שמירה על המבנה המשתמש בכמות גדולה של פלטינה וזהב כשכבת ההגנה על האלקטרודות, החוקרים החליפו את המתכת היקרה בשכבת ההגנה על האלקטרודות עם ניטריד ברזל זול בעל שטח פנים גדול ומצופה באופן אחיד כמות קטנה של זרז אירידיום מעליו, מה שמגדיל מאוד את היעילות הכלכלית של מכשיר האלקטרוליזה. מכשיר אלקטרוליזה בממברנת פולימר אלקטרוליט הוא מכשיר המייצר מימן וחמצן בטוהר גבוה על ידי פירוק מים באמצעות חשמל המסופק על ידי אנרגיה מתחדשת כגון אנרגיה סולארית, והוא ממלא תפקיד באספקת מימן לתעשיות שונות כגון ייצור פלדה וכימיקלים. בנוסף, יתרון להמרת אנרגיה לאגור אנרגיה מתחדשת כאנרגיית מימן, ולכן הגדלת היעילות הכלכלית של מכשיר זה חשובה מאוד למימוש משק המימן הירוק. במכשיר אלקטרוליזה טיפוסי, קיימות שתי אלקטרודות המייצרות מימן וחמצן, ועבור האלקטרודה המייצרת חמצן, הפועלת בסביבה קורוזיבית מאוד, מצופה זהב או פלטינה על פני האלקטרודה ב-1 מ"ג/ס"מ.2 כשכבת הגנה להבטחת עמידות ויעילות ייצור, ו-1-2 מ"ג/ס"מ2 של זרז אירידיום מצופה מלמעלה. למתכות היקרות המשמשות במכשירי אלקטרוליזה אלו יש רזרבות וייצור נמוכים מאוד, מה שמהווה גורם מרכזי המעכב את האימוץ הנרחב של התקני ייצור מימן ירוק. סכמטי של תהליך ייצור האלקטרודות סכמטי של תהליך ייצור האלקטרודות לפיתוח זה. (תמונה: המכון למדע וטכנולוגיה של קוריאה) כדי לשפר את הכלכלה של אלקטרוליזה של מים, הצוות החליף את המתכות הנדירות זהב ופלטינה המשמשות כשכבת הגנה לאלקטרודת החמצן במכשירי ייצור מימן ממברנת אלקטרוליט פולימרי בברזל ניטריד זול (Fe2נ). לשם כך, הצוות פיתח תהליך מורכב שמצפה תחילה באופן אחיד את האלקטרודה בתחמוצת ברזל, בעלת מוליכות חשמלית נמוכה, ולאחר מכן ממיר את תחמוצת הברזל לניטריד ברזל כדי להגביר את המוליכות שלה. הצוות גם פיתח תהליך שמצפה באופן אחיד זרז אירידיום בעובי של כ-25 ננומטר (ננומטר) על גבי שכבת ההגנה של ברזל ניטריד, ומפחית את כמות הזרז אירידיום לפחות מ-0.1 מ"ג/ס"מ.2, וכתוצאה מכך אלקטרודה בעלת יעילות ועמידות גבוהה של ייצור מימן. האלקטרודה שפותחה מחליפה את הזהב או הפלטינה המשמשים כשכבת הגנה לאלקטרודה יוצרת החמצן בניטרידות מתכת לא יקרות תוך שמירה על ביצועים דומים ליחידות אלקטרוליזה מסחריות קיימות, ומפחיתה את כמות זרז האירידיום ל-10% מהרמה הקיימת. בנוסף, יחידת האלקטרוליזה עם הרכיבים החדשים הופעלה במשך יותר מ-100 שעות על מנת לוודא את יציבותה הראשונית. "הפחתת כמות הזרז אירידיום ופיתוח חומרים חלופיים לשכבת ההגנה הפלטינה חיוניים לשימוש חסכוני ונרחב במכשירי ייצור מימן ירוק ממברנת פולימר אלקטרוליט, ולשימוש בניטריד ברזל זול במקום פלטינה יש משמעות רבה", אמר. ד"ר היון ס. פארק מ-KIST. "לאחר התבוננות נוספת בביצועים ובעמידות של האלקטרודה, נחיל אותה על מכשירים מסחריים בעתיד הקרוב."

בול זמן:

עוד מ ננוווק