Розробка технологій для зниження вартості виробництва зеленого водню

Розробка технологій для зниження вартості виробництва зеленого водню

Мітка часу: 2 червня 2023 5:25
Вихідний вузол: 2700260
02 червня 2023 (Новини Nanowerk) Зелений водень, який виробляє водень без використання викопного палива чи викидів вуглекислого газу, набуває все більшого значення в останні роки як частина зусиль з реалізації декарбонізації економіки. Однак через високу вартість виробництва пристроїв для електролізу води, які виробляють зелений водень, економічна доцільність використання зеленого водню не дуже висока. Розробка технології, яка різко зменшує кількість рідкісних металів, таких як іридій і платина, що використовуються в пристроях для електролізу води з мембраною полімерного електроліту, відкриває шлях до зниження витрат виробництва. Дослідницька група під керівництвом доктора Hyun S. Park і Sung Jong Yoo з Центру дослідження водню та паливних елементів Корейського інституту науки і технологій (KIST) оголосила, що вони розробили технологію, яка може значно зменшити кількість платини та іридій, дорогоцінні метали, що використовуються в захисному шарі електродів пристроїв для електролізу води з мембраною полімерного електроліту, і гарантують продуктивність і довговічність на рівні з існуючими пристроями (Прикладний каталіз B Екологічний, «Високопродуктивний електролізер води з мінімальним використанням металу платинової групи: наноструктури ядро-оболонка нітрид заліза–оксид іридію для стабільної та ефективної реакції виділення кисню»). форма каталізатора fe2n Форма каталізатора, виготовлена ​​за новою технологією (червоно-іридієвий каталізатор/зелений нітрид заліза). (Зображення: Корейський науково-технічний інститут) Зокрема, на відміну від попередніх досліджень, які зосереджувались на зменшенні кількості іридієвого каталізатора при збереженні структури, яка використовує велику кількість платини та золота як захисний шар електродів, дослідники замінили дорогоцінний метал на у захисному шарі електрода з недорогим нітридом заліза, що має велику площу поверхні та рівномірно покритий невеликою кількістю іридієвого каталізатора поверх нього, що значно підвищує економічну ефективність електролізного пристрою. Пристрій для електролізу води з мембраною полімерного електроліту – це пристрій, який виробляє водень і кисень високої чистоти шляхом розкладання води за допомогою електрики, отриманої від відновлюваних джерел енергії, наприклад сонячної енергії, і відіграє певну роль у постачанні водню для різних галузей промисловості, таких як сталеливарна та хімічна. Крім того, для перетворення енергії вигідно зберігати відновлювану енергію як енергію водню, тому підвищення економічної ефективності цього пристрою є дуже важливим для реалізації економіки зеленого водню. У типовому електролізному пристрої є два електроди, які виробляють водень і кисень, а для електрода, що виробляє кисень, який працює в висококорозійному середовищі, на поверхню електрода наноситься золото або платина з концентрацією 1 мг/см.2 як захисний шар для забезпечення довговічності та ефективності виробництва та 1-2 мг/см2 іридієвого каталізатора покрито зверху. Дорогоцінні метали, які використовуються в цих електролізних пристроях, мають дуже низькі запаси та видобуток, що є основним фактором, який перешкоджає широкому впровадженню пристроїв для виробництва екологічно чистого водню. Схема процесу виготовлення електродів Схема процесу виготовлення електродів для цієї розробки. (Зображення: Корейський науково-технічний інститут) Щоб підвищити економічність електролізу води, команда замінила рідкісні метали золото та платину, які використовуються як захисний шар для кисневого електрода в пристроях для виробництва водню з мембраною полімерного електроліту, на недорогий нітрид заліза (Fe2N). Для цього команда розробила композитний процес, який спочатку рівномірно покриває електрод оксидом заліза, який має низьку електропровідність, а потім перетворює оксид заліза в нітрид заліза, щоб збільшити його провідність. Команда також розробила процес, який рівномірно покриває іридієвий каталізатор товщиною близько 25 нанометрів (нм) поверх захисного шару нітриду заліза, зменшуючи кількість іридієвого каталізатора до менше 0.1 мг/см.2, що призводить до отримання електрода з високою ефективністю виробництва водню та довговічністю. Розроблений електрод замінює золото або платину, які використовуються як захисний шар для електрода, що генерує кисень, нітридами недорогоцінних металів, зберігаючи при цьому такі ж характеристики, як і існуючі комерційні електролізні установки, і зменшує кількість іридієвого каталізатора до 10% від існуючого рівня. Крім того, електролізна установка з новими компонентами працювала більше 100 годин, щоб перевірити її початкову стабільність. «Зменшення кількості іридієвого каталізатора та розробка альтернативних матеріалів для платинового захисного шару мають важливе значення для економічного та широкого використання пристроїв для виробництва зеленого водню з полімерними електролітними мембранами, а використання недорогого нітриду заліза замість платини має велике значення», — сказав він. Доктор Хюн С. Парк KIST. «Після подальшого спостереження за характеристиками та довговічністю електрода найближчим часом ми застосуємо його до комерційних пристроїв».

Часова мітка:

Більше від Нановерк