Utveckla teknik för att minska kostnaderna för produktion av grönt väte

Utveckla teknik för att minska kostnaderna för produktion av grönt väte

Tidsstämpel: 2 juni 2023 5:25
Källnod: 2700260
02 juni 2023 (Nanowerk Nyheter) Grönt väte, som producerar väte utan användning av fossila bränslen eller utsläpp av koldioxid, har blivit allt viktigare de senaste åren som ett led i arbetet med att förverkliga en koldioxidfri ekonomi. Men på grund av den höga produktionskostnaden för vattenelektrolysanordningar som producerar grönt väte, har den ekonomiska genomförbarheten för grönt väte inte varit särskilt hög. Utvecklingen av en teknik som drastiskt minskar mängden sällsynta metaller som iridium och platina som används i vattenelektrolysanordningar med polymerelektrolytmembran öppnar vägen för lägre produktionskostnader. En forskargrupp ledd av Dr. Hyun S. Park och Sung Jong Yoo från Hydrogen and Fuel Cell Research Center vid Korea Institute of Science and Technology (KIST) meddelade att de har utvecklat en teknik som avsevärt kan minska mängden platina och iridium, ädelmetaller som används i elektrodskyddsskiktet för vattenelektrolysanordningar för polymerelektrolytmembran, och säkerställer prestanda och hållbarhet i nivå med befintliga anordningar (Tillämpad Katalys B Miljö, "Högpresterande vattenelektrolysör med minimal användning av platinagruppmetall: Järnnitrid-iridiumoxid kärna-skal nanostrukturer för stabil och effektiv syreutvecklingsreaktion"). formen av en fe2n-katalysator Katalysatorform gjord med den nya tekniken (röd-iridiumkatalysator/grön-järnnitrid). (Bild: Korea Institute of Science and Technology) I synnerhet, till skillnad från tidigare studier som fokuserade på att minska mängden iridiumkatalysator samtidigt som strukturen som använder en stor mängd platina och guld som elektrodskyddsskikt ersattes, ersatte forskarna ädelmetallen i elektrodskyddsskiktet med billig järnnitrid med stor ytarea och likformigt belagd en liten mängd iridiumkatalysator ovanpå den, vilket kraftigt ökar den ekonomiska effektiviteten hos elektrolysanordningen. Vattenelektrolysanordningen för polymerelektrolytmembran är en anordning som producerar väte och syre med hög renhet genom att sönderdela vatten med hjälp av elektricitet som tillhandahålls av förnybar energi som solenergi, och den spelar en roll för att leverera väte till olika industrier som ståltillverkning och kemikalier. Dessutom är det fördelaktigt för energiomvandling att lagra förnybar energi som väteenergi, så att öka den ekonomiska effektiviteten för denna enhet är mycket viktigt för förverkligandet av den gröna väteekonomin. I en typisk elektrolysanordning finns det två elektroder som producerar väte och syre, och för den syregenererande elektroden, som arbetar i en mycket korrosiv miljö, är guld eller platina belagt på ytan av elektroden med 1 mg/cm2 som ett skyddande lager för att säkerställa hållbarhet och produktionseffektivitet, och 1-2 mg/cm2 av iridiumkatalysator är belagd ovanpå. De ädla metallerna som används i dessa elektrolysanordningar har mycket låga reserver och produktion, vilket är en viktig faktor som hindrar den utbredda användningen av anordningar för produktion av grönt väte. Schematisk över elektrodtillverkningsprocessen Schematisk över elektrodtillverkningsprocessen för denna utveckling. (Bild: Korea Institute of Science and Technology) För att förbättra ekonomin för vattenelektrolys ersatte teamet de sällsynta metallerna guld och platina som används som ett skyddande skikt för syreelektroden i väteproduktionsanordningar för polymerelektrolytmembran med billig järnnitrid (Fe)2N). För att göra det utvecklade teamet en sammansatt process som först jämnt belägger elektroden med järnoxid, som har låg elektrisk ledningsförmåga, och sedan omvandlar järnoxiden till järnnitrid för att öka dess ledningsförmåga. Teamet utvecklade också en process som enhetligt belägger en iridiumkatalysator med en tjocklek på cirka 25 nanometer (nm) ovanpå det skyddande järnnitridskiktet, vilket minskar mängden iridiumkatalysator till mindre än 0.1 mg/cm2, vilket resulterar i en elektrod med hög väteproduktionseffektivitet och hållbarhet. Den utvecklade elektroden ersätter guldet eller platina som används som skyddsskikt för den syregenererande elektroden med icke-ädelmetallnitrider samtidigt som den bibehåller samma prestanda som befintliga kommersiella elektrolysenheter, och minskar mängden iridiumkatalysator till 10 % av den befintliga nivån. Dessutom kördes elektrolysenheten med de nya komponenterna i mer än 100 timmar för att verifiera dess initiala stabilitet. "Att minska mängden iridiumkatalysator och utveckla alternativa material för platinaskyddsskiktet är avgörande för ekonomisk och utbredd användning av anordningar för produktion av grönt väte med polymerelektrolytmembran, och användningen av billig järnnitrid istället för platina är av stor betydelse," sade Dr. Hyun S. Park från KIST. "Efter ytterligare observation av elektrodens prestanda och hållbarhet kommer vi att tillämpa den på kommersiella enheter inom en snar framtid."

Tidsstämpel:

Mer från Nanoverk