Technologieën ontwikkelen om de kosten van groene waterstofproductie te verlagen

Technologieën ontwikkelen om de kosten van groene waterstofproductie te verlagen

Tijdstempel: 2 juni 2023 5:25 uur
Bronknooppunt: 2700260
02 juni 2023 (Nanowerk Nieuws) Groene waterstof, die waterstof produceert zonder het gebruik van fossiele brandstoffen of de uitstoot van kooldioxide, is de afgelopen jaren steeds belangrijker geworden als onderdeel van de inspanningen om een ​​koolstofarme economie te realiseren. Vanwege de hoge productiekosten van waterelektrolyse-apparaten die groene waterstof produceren, is de economische haalbaarheid van groene waterstof echter niet erg hoog geweest. De ontwikkeling van een technologie die de hoeveelheid zeldzame metalen, zoals iridium en platina, die worden gebruikt in polymeerelektrolytmembraan-waterelektrolyse-apparaten drastisch vermindert, opent de weg naar lagere productiekosten. Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Hyun S. Park en Sung Jong Yoo van het Hydrogen and Fuel Cell Research Center van het Korea Institute of Science and Technology (KIST) heeft aangekondigd dat ze een technologie hebben ontwikkeld die de hoeveelheid platina en waterstof aanzienlijk kan verminderen. iridium, edelmetalen die worden gebruikt in de elektrodebeschermingslaag van polymeerelektrolytmembraan-waterelektrolyse-apparaten, en zorgen voor prestaties en duurzaamheid die vergelijkbaar zijn met bestaande apparaten (Toegepaste Katalyse B Milieu, "Krachtige waterelektrolysator met minimaal metaalgebruik uit de platinagroep: ijzernitride-iridiumoxide kern-schil nanostructuren voor stabiele en efficiënte zuurstofontwikkelingsreactie"). vorm van een fe2n-katalysator Katalysatorvorm gemaakt met de nieuwe technologie (rood-iridiumkatalysator/groen-ijzernitride). (Afbeelding: Korea Instituut voor Wetenschap en Technologie) In tegenstelling tot eerdere onderzoeken die zich richtten op het verminderen van de hoeveelheid iridiumkatalysator met behoud van de structuur die een grote hoeveelheid platina en goud als elektrodebeschermingslaag gebruikt, hebben de onderzoekers het edelmetaal in de elektrodebeschermingslaag vervangen door goedkoop ijzernitride met groot oppervlak en daarop gelijkmatig een kleine hoeveelheid iridiumkatalysator aangebracht, waardoor de economische efficiëntie van het elektrolyseapparaat aanzienlijk wordt verhoogd. Het waterelektrolyse-apparaat met polymeerelektrolytmembraan is een apparaat dat zeer zuivere waterstof en zuurstof produceert door water te ontbinden met behulp van elektriciteit die wordt geleverd door hernieuwbare energie zoals zonne-energie, en het speelt een rol bij de levering van waterstof aan verschillende industrieën, zoals de staalproductie en de chemicaliën. Daarnaast is het voor de energieconversie voordelig om duurzame energie op te slaan als waterstofenergie, waardoor het vergroten van de economische efficiëntie van dit apparaat van groot belang is voor het realiseren van de groene waterstofeconomie. In een typisch elektrolyseapparaat zijn er twee elektroden die waterstof en zuurstof produceren, en voor de zuurstofgenererende elektrode, die in een zeer corrosieve omgeving werkt, wordt goud of platina op het oppervlak van de elektrode aangebracht met een snelheid van 1 mg/cmXNUMX.2 als beschermende laag om duurzaamheid en productie-efficiëntie te garanderen, en 1-2 mg/cm2 van iridiumkatalysator is bovenop aangebracht. De edelmetalen die in deze elektrolyse-apparaten worden gebruikt, hebben zeer lage reserves en productie, wat een belangrijke factor is die de wijdverbreide acceptatie van groene waterstofproductie-apparaten belemmert. Schematische weergave van het fabricageproces van de elektrode Schematische voorstelling van het elektrodefabricageproces voor deze ontwikkeling. (Afbeelding: Korea Instituut voor Wetenschap en Technologie) Om de economie van waterelektrolyse te verbeteren, verving het team de zeldzame metalen goud en platina die worden gebruikt als beschermende laag voor de zuurstofelektrode in apparaten voor de productie van waterstof met polymeerelektrolytmembranen door goedkoop ijzernitride (Fe2N). Om dit te doen heeft het team een ​​composietproces ontwikkeld dat de elektrode eerst uniform bedekt met ijzeroxide, dat een lage elektrische geleidbaarheid heeft, en vervolgens het ijzeroxide omzet in ijzernitride om de geleidbaarheid te vergroten. Het team ontwikkelde ook een proces waarbij een iridiumkatalysator van ongeveer 25 nanometer (nm) dik gelijkmatig bovenop de beschermende laag van ijzernitride wordt aangebracht, waardoor de hoeveelheid iridiumkatalysator wordt teruggebracht tot minder dan 0.1 mg/cmXNUMX.2, resulterend in een elektrode met een hoge waterstofproductie-efficiëntie en duurzaamheid. De ontwikkelde elektrode vervangt het goud of platina dat wordt gebruikt als beschermende laag voor de zuurstofgenererende elektrode door niet-edele metaalnitriden, terwijl de prestaties vergelijkbaar blijven met bestaande commerciële elektrolyse-eenheden, en vermindert de hoeveelheid iridiumkatalysator tot 10% van het bestaande niveau. Bovendien werd de elektrolyse-eenheid met de nieuwe componenten meer dan 100 uur in bedrijf gehouden om de initiële stabiliteit ervan te verifiëren. “Het verminderen van de hoeveelheid iridiumkatalysator en het ontwikkelen van alternatieve materialen voor de platina-beschermlaag zijn essentieel voor het economische en wijdverbreide gebruik van apparaten voor de productie van groene waterstof met polymeerelektrolytmembranen, en het gebruik van goedkoop ijzernitride in plaats van platina is van groot belang”, zegt Dr. Hyun S. Park van KIST. “Nadat we de prestaties en duurzaamheid van de elektrode verder hebben geobserveerd, zullen we deze in de nabije toekomst op commerciële apparaten toepassen.”

Tijdstempel:

Meer van Nanowerk