グリーン水素製造コストを削減する技術の開発

02年2023月XNUMX日（Nanowerkニュース) 近年、脱炭素経済の実現に向けて、化石燃料を使用せず、二酸化炭素を排出せずに水素を製造するグリーン水素の重要性が高まっています。しかし、グリーン水素を生成する水電気分解装置は製造コストが高いため、グリーン水素の経済性はそれほど高くありませんでした。高分子電解質膜水電解装置に使用するイリジウムや白金などのレアメタルを大幅に削減する技術の開発により、製造コストの低減に道が開かれます。韓国科学技術院（KIST）水素・燃料電池研究センターのヒョン・S・パーク博士とソン・ジョン・ユ博士率いる研究チームは、プラチナと燃料電池の量を大幅に削減できる技術を開発したと発表した。高分子電解質膜水電解装置の電極保護層に貴金属であるイリジウムを採用し、従来装置と同等の性能と耐久性を確保（応用触媒B環境, 「白金族金属の使用量を最小限に抑えた高性能水電解装置：安定かつ効率的な酸素発生反応を実現する窒化鉄・酸化イリジウムコアシェルナノ構造」). 新技術による触媒形状（赤イリジウム触媒・緑窒化鉄）。 (画像：韓国科学技術研究院) 特に、電極保護層として白金と金を多量に使用する構造を維持しながら、イリジウム触媒の量を減らすことに重点を置いたこれまでの研究とは異なり、貴金属を代替した。電極保護層に表面積が大きく安価な窒化鉄を使用し、その上に少量のイリジウム触媒を均一にコーティングすることで電解装置の経済性を大幅に向上させました。高分子電解質膜水電解装置は、太陽光などの再生可能エネルギーから供給された電力を用いて水を分解して高純度の水素と酸素を生成する装置で、鉄鋼や化学などさまざまな産業への水素供給の役割を担っています。また、再生可能エネルギーを水素エネルギーとして貯蔵することはエネルギー変換に有利であり、グリーン水素経済の実現にはこの装置の経済効率を高めることが非常に重要です。一般的な電解装置には水素と酸素を生成する電極が1つあり、腐食性の高い環境で動作する酸素生成電極には電極表面に金または白金がXNUMXmg/cm XNUMX でコーティングされています。2 耐久性と生産効率を確保するための保護層として、1-2 mg/cm2 その上にイリジウム触媒がコーティングされています。これらの電気分解装置で使用される貴金属の埋蔵量と生産量は非常に少なく、これがグリーン水素製造装置の普及を妨げる大きな要因となっています。 この開発の電極製造プロセスの概略図。 （画像：韓国科学技術研究院） 水電気分解の経済性を改善するため、研究チームは高分子電解質膜水素製造装置の酸素電極の保護層として使われているレアメタルの金と白金を、安価な窒化鉄（Fe）に置き換えた。2N）。そのために研究チームは、まず導電性の低い酸化鉄で電極を均一にコーティングし、次に酸化鉄を窒化鉄に変換して導電性を高める複合プロセスを開発した。研究チームはまた、窒化鉄保護層の上にイリジウム触媒を厚さ約25ナノメートル（nm）で均一にコーティングし、イリジウム触媒の量を0.1 mg/cm未満に減らすプロセスも開発した。2水素生成効率と耐久性が高い電極が得られます。開発した電極は、既存の市販電解装置と同等の性能を維持しながら、酸素発生電極の保護層として使用されていた金や白金を非貴金属窒化物に置き換え、イリジウム触媒の使用量を従来比10％に削減したものである。さらに、新しいコンポーネントを備えた電解ユニットを 100 時間以上運転して、その初期安定性を検証しました。 「高分子電解質膜グリーン水素製造装置を経済的に普及するには、イリジウム触媒の量の削減と白金保護層の代替材料の開発が不可欠であり、白金の代わりに安価な窒化鉄を使用する意義は大きい」と述べた。 KISTのHyun S. Park博士。 「電極の性能と耐久性をさらに観察した後、近い将来、商用デバイスに適用する予定です。」

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63099.php