Desenvolvimento de tecnologias para reduzir o custo da produção de hidrogênio verde

02 de junho de 2023 (Notícias do Nanowerk) O hidrogénio verde, que produz hidrogénio sem a utilização de combustíveis fósseis ou a emissão de dióxido de carbono, tornou-se cada vez mais importante nos últimos anos como parte dos esforços para concretizar uma economia descarbonizada. No entanto, devido ao elevado custo de produção dos dispositivos de electrólise da água que produzem hidrogénio verde, a viabilidade económica do hidrogénio verde não tem sido muito elevada. O desenvolvimento de uma tecnologia que reduz drasticamente a quantidade de metais raros, como o irídio e a platina, usados ​​em dispositivos de eletrólise de água com membrana eletrolítica polimérica, está abrindo caminho para reduzir os custos de produção. Hyun S. Park e Sung Jong Yoo do Centro de Pesquisa de Hidrogênio e Células de Combustível do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST) anunciaram que desenvolveram uma tecnologia que pode reduzir significativamente a quantidade de platina e irídio, metais preciosos usados ​​na camada de proteção do eletrodo de dispositivos de eletrólise de água com membrana eletrolítica polimérica, e desempenho seguro e durabilidade equivalente aos dispositivos existentes (Catálise Aplicada B Ambiental, “Eletrolisador de água de alto desempenho com uso mínimo de metal do grupo da platina: nanoestruturas núcleo-invólucro de nitreto de ferro-óxido de irídio para reação de evolução de oxigênio estável e eficiente”). Formato do catalisador feito com a nova tecnologia (catalisador de irídio vermelho/nitreto de ferro verde). (Imagem: Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia) Em particular, ao contrário de estudos anteriores que se concentraram na redução da quantidade de catalisador de irídio, mantendo a estrutura que utiliza uma grande quantidade de platina e ouro como camada de proteção do eletrodo, os pesquisadores substituíram o metal precioso na camada de proteção do eletrodo com nitreto de ferro barato com grande área superficial e revestido uniformemente com uma pequena quantidade de catalisador de irídio, aumentando muito a eficiência econômica do dispositivo de eletrólise. O dispositivo de eletrólise de água com membrana eletrolítica de polímero é um dispositivo que produz hidrogênio e oxigênio de alta pureza por meio da decomposição da água usando eletricidade fornecida por energia renovável, como energia solar, e desempenha um papel no fornecimento de hidrogênio para diversas indústrias, como siderurgia e química. Além disso, é vantajoso para a conversão de energia armazenar energia renovável como energia de hidrogénio, pelo que aumentar a eficiência económica deste dispositivo é muito importante para a realização da economia do hidrogénio verde. Em um dispositivo de eletrólise típico, existem dois eletrodos que produzem hidrogênio e oxigênio, e para o eletrodo gerador de oxigênio, que opera em um ambiente altamente corrosivo, ouro ou platina é revestido na superfície do eletrodo a 1 mg/cm2 como camada protetora para garantir durabilidade e eficiência de produção, e 1-2 mg/cm2 do catalisador de irídio é revestido por cima. Os metais preciosos utilizados nestes dispositivos de eletrólise têm reservas e produção muito baixas, o que é um fator importante que dificulta a adoção generalizada de dispositivos de produção de hidrogénio verde. Esquema do processo de fabricação do eletrodo para este desenvolvimento. (Imagem: Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia) Para melhorar a economia da eletrólise da água, a equipe substituiu os metais raros ouro e platina usados ​​​​como camada protetora para o eletrodo de oxigênio em dispositivos de produção de hidrogênio com membrana eletrolítica polimérica por nitreto de ferro barato (Fe2N). Para isso, a equipe desenvolveu um processo compósito que primeiro reveste uniformemente o eletrodo com óxido de ferro, que possui baixa condutividade elétrica, e depois converte o óxido de ferro em nitreto de ferro para aumentar sua condutividade. A equipe também desenvolveu um processo que reveste uniformemente um catalisador de irídio com cerca de 25 nanômetros (nm) de espessura sobre a camada protetora de nitreto de ferro, reduzindo a quantidade de catalisador de irídio para menos de 0.1 mg/cmXNUMX.2, resultando em um eletrodo com alta eficiência e durabilidade na produção de hidrogênio. O eletrodo desenvolvido substitui o ouro ou platina usado como camada protetora para o eletrodo gerador de oxigênio por nitretos de metais não preciosos, mantendo desempenho semelhante às unidades de eletrólise comerciais existentes, e reduz a quantidade de catalisador de irídio para 10% do nível existente. Além disso, a unidade de eletrólise com os novos componentes foi operada por mais de 100 horas para verificar sua estabilidade inicial. “Reduzir a quantidade de catalisador de irídio e desenvolver materiais alternativos para a camada protetora de platina são essenciais para o uso econômico e generalizado de dispositivos de produção de hidrogênio verde com membrana eletrolítica polimérica, e o uso de nitreto de ferro barato em vez de platina é de grande importância”, disse Dr. Hyun S. Park do KIST. “Depois de observar melhor o desempenho e a durabilidade do eletrodo, iremos aplicá-lo em dispositivos comerciais em um futuro próximo.”

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