Opracowywanie technologii obniżających koszty produkcji zielonego wodoru

02 czerwca 2023 (Wiadomości Nanowerk) Zielony wodór, który wytwarza wodór bez użycia paliw kopalnych lub emisji dwutlenku węgla, nabiera w ostatnich latach coraz większego znaczenia w ramach wysiłków na rzecz urzeczywistnienia gospodarki bezemisyjnej. Jednak ze względu na wysokie koszty produkcji urządzeń do elektrolizy wody, które wytwarzają zielony wodór, ekonomiczna wykonalność zielonego wodoru nie była bardzo wysoka. Opracowanie technologii drastycznie zmniejszającej ilość metali rzadkich, takich jak iryd i platyna, stosowanych w urządzeniach do elektrolizy wody z membraną polimerowo-elektrolitową, otwiera drogę do obniżenia kosztów produkcji. Zespół badawczy kierowany przez dr Hyuna S. Parka i Sung Jong Yoo z Centrum Badań nad Wodorem i Ogniwami Paliwowymi w Koreańskim Instytucie Nauki i Technologii (KIST) ogłosił, że opracował technologię, która może znacznie zmniejszyć ilość platyny i iryd, metale szlachetne stosowane w warstwie ochronnej elektrody w urządzeniach do elektrolizy wody z membraną polimerową i elektrolitem oraz zapewniają wydajność i trwałość porównywalną z istniejącymi urządzeniami (Stosowana kataliza B Środowisko, „Wysokowydajny elektrolizer wody przy minimalnym zużyciu metali z grupy platynowców: nanostruktury rdzeń-powłoka z azotku żelaza – tlenku irydu dla stabilnej i wydajnej reakcji wydzielania tlenu”). Kształt katalizatora wykonany w nowej technologii (katalizator czerwono-irydowy/zielony azotek żelaza). (Zdjęcie: Korea Institute of Science and Technology) W szczególności, w przeciwieństwie do poprzednich badań, które koncentrowały się na zmniejszeniu ilości katalizatora irydowego przy jednoczesnym zachowaniu struktury wykorzystującej dużą ilość platyny i złota jako warstwy ochronnej elektrody, naukowcy zastąpili metal szlachetny w warstwie ochronnej elektrody z niedrogim azotkiem żelaza o dużej powierzchni i równomiernie pokrytym niewielką ilością katalizatora irydowego na wierzchu, co znacznie zwiększa efektywność ekonomiczną urządzenia do elektrolizy. Urządzenie do elektrolizy wody z membraną z elektrolitem polimerowym to urządzenie, które wytwarza wodór i tlen o wysokiej czystości poprzez rozkład wody za pomocą energii elektrycznej dostarczanej przez energię odnawialną, taką jak energia słoneczna, i odgrywa rolę w dostarczaniu wodoru do różnych gałęzi przemysłu, takich jak hutnictwo stali i chemikalia. Ponadto korzystne dla konwersji energii jest magazynowanie energii odnawialnej w postaci energii wodorowej, dlatego zwiększenie efektywności ekonomicznej tego urządzenia jest bardzo ważne dla realizacji zielonej gospodarki wodorowej. W typowym urządzeniu do elektrolizy znajdują się dwie elektrody, które wytwarzają wodór i tlen, a dla elektrody wytwarzającej tlen, która pracuje w silnie korozyjnym środowisku, powierzchnia elektrody jest pokryta złotem lub platyną w ilości 1 mg/cm2 jako warstwę ochronną zapewniającą trwałość i wydajność produkcji oraz 1-2 mg/cm2 katalizator irydowy jest powlekany na wierzchu. Metale szlachetne stosowane w tych urządzeniach do elektrolizy mają bardzo niskie rezerwy i produkcję, co jest głównym czynnikiem utrudniającym powszechne przyjęcie zielonych urządzeń do produkcji wodoru. Schemat procesu wytwarzania elektrod dla tego opracowania. (Zdjęcie: Korea Institute of Science and Technology) Aby poprawić ekonomikę elektrolizy wody, zespół zastąpił rzadkie metale, złoto i platynę, używane jako warstwa ochronna dla elektrody tlenowej w urządzeniach do produkcji wodoru z polimerową membraną elektrolityczną, niedrogim azotkiem żelaza (Fe2N). W tym celu zespół opracował proces kompozytowy, który najpierw równomiernie pokrywa elektrodę tlenkiem żelaza, który ma niską przewodność elektryczną, a następnie przekształca tlenek żelaza w azotek żelaza, aby zwiększyć jego przewodność. Zespół opracował również proces, który równomiernie powleka katalizator irydowy o grubości około 25 nanometrów (nm) na wierzchu warstwy ochronnej z azotku żelaza, zmniejszając ilość katalizatora irydowego do mniej niż 0.1 mg/cm2, czego efektem jest elektroda o wysokiej wydajności i trwałości produkcji wodoru. Opracowana elektroda zastępuje złoto lub platynę używane jako warstwa ochronna elektrody wytwarzającej tlen azotkami metali nieszlachetnych, zachowując jednocześnie wydajność podobną do istniejących komercyjnych urządzeń do elektrolizy i zmniejszając ilość katalizatora irydowego do 10% istniejącego poziomu. Ponadto jednostka elektrolizy z nowymi komponentami działała przez ponad 100 godzin, aby zweryfikować jej początkową stabilność. „Zmniejszenie ilości katalizatora irydowego i opracowanie alternatywnych materiałów na platynową warstwę ochronną ma zasadnicze znaczenie dla ekonomicznego i powszechnego stosowania urządzeń do produkcji zielonego wodoru z polimerową membraną elektrolityczną, a zastosowanie niedrogiego azotku żelaza zamiast platyny ma ogromne znaczenie” – powiedział Dr Hyun S. Park z KIST. „Po dalszych obserwacjach wydajności i trwałości elektrody w najbliższej przyszłości zastosujemy ją w urządzeniach komercyjnych”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Kupuj i sprzedawaj akcje spółek PRE-IPO z PREIPO®. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63099.php