Phát triển công nghệ để giảm chi phí sản xuất hydro xanh

Ngày 02 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Hydro xanh, tạo ra hydro mà không sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc thải khí carbon dioxide, ngày càng trở nên quan trọng trong những năm gần đây như một phần trong nỗ lực hiện thực hóa nền kinh tế khử cacbon. Tuy nhiên, do chi phí sản xuất cao của các thiết bị điện phân nước tạo ra hydro xanh, tính khả thi về mặt kinh tế của hydro xanh không cao lắm. Sự phát triển của công nghệ giúp giảm mạnh lượng kim loại hiếm như iridi và bạch kim sử dụng trong các thiết bị điện phân nước sử dụng màng điện phân polyme đang mở ra con đường hạ giá thành sản phẩm. Một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Hyun S. Park và Sung Jong Yoo thuộc Trung tâm nghiên cứu tế bào nhiên liệu và hydro tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) dẫn đầu đã công bố rằng họ đã phát triển một công nghệ có thể làm giảm đáng kể lượng bạch kim và iridi, kim loại quý được sử dụng trong lớp bảo vệ điện cực của các thiết bị điện phân nước bằng màng điện phân polymer, đồng thời đảm bảo hiệu suất và độ bền ngang bằng với các thiết bị hiện có (Ứng Dụng Xúc Tác B Môi Trường, “Máy điện phân nước hiệu suất cao với mức sử dụng kim loại nhóm bạch kim tối thiểu: Cấu trúc nano lõi-vỏ sắt nitrit–iridium oxit cho phản ứng tạo oxy ổn định và hiệu quả”). Hình dạng chất xúc tác được chế tạo bằng công nghệ mới (xúc tác iridi đỏ/nitrit sắt-sắt xanh). (Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc) Đặc biệt, khác với các nghiên cứu trước đây tập trung vào việc giảm lượng chất xúc tác iridi trong khi vẫn duy trì cấu trúc sử dụng một lượng lớn bạch kim và vàng làm lớp bảo vệ điện cực, các nhà nghiên cứu đã thay thế kim loại quý trong lớp bảo vệ điện cực bằng sắt nitrua rẻ tiền có diện tích bề mặt lớn và phủ đồng đều một lượng nhỏ chất xúc tác iridi lên trên, làm tăng đáng kể hiệu quả kinh tế của thiết bị điện phân. Thiết bị điện phân nước màng điện phân polymer là thiết bị tạo ra hydro và oxy có độ tinh khiết cao bằng cách phân hủy nước sử dụng điện được cung cấp bởi năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và nó đóng vai trò cung cấp hydro cho các ngành công nghiệp khác nhau như luyện thép và hóa chất. Ngoài ra, thuận lợi cho việc chuyển đổi năng lượng để lưu trữ năng lượng tái tạo dưới dạng năng lượng hydro, vì vậy việc tăng hiệu quả kinh tế của thiết bị này là rất quan trọng để hiện thực hóa nền kinh tế hydro xanh. Trong một thiết bị điện phân điển hình, có hai điện cực tạo ra hydro và oxy, đối với điện cực tạo oxy, hoạt động trong môi trường ăn mòn cao, vàng hoặc bạch kim được phủ trên bề mặt điện cực với tỷ lệ 1 mg/cm2 làm lớp bảo vệ để đảm bảo độ bền và hiệu quả sản xuất, và 1-2 mg/cm2 chất xúc tác iridi được phủ lên trên. Các kim loại quý được sử dụng trong các thiết bị điện phân này có trữ lượng và sản lượng rất thấp, đây là yếu tố chính cản trở việc áp dụng rộng rãi các thiết bị sản xuất hydro xanh. Sơ đồ quy trình chế tạo điện cực cho sự phát triển này. (Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc) Để cải thiện tính kinh tế của quá trình điện phân nước, nhóm nghiên cứu đã thay thế các kim loại hiếm vàng và bạch kim được sử dụng làm lớp bảo vệ cho điện cực oxy trong các thiết bị sản xuất hydro màng điện phân polymer bằng sắt nitrit rẻ tiền (Fe2N). Để làm như vậy, nhóm nghiên cứu đã phát triển một quy trình tổng hợp, đầu tiên phủ đồng nhất điện cực bằng oxit sắt, có độ dẫn điện thấp, sau đó chuyển đổi oxit sắt thành sắt nitrit để tăng tính dẫn điện. Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một quy trình phủ đồng nhất chất xúc tác iridi dày khoảng 25 nanomet (nm) lên trên lớp bảo vệ sắt nitrit, giúp giảm lượng chất xúc tác iridi xuống dưới 0.1 mg/cm2, tạo ra một điện cực có hiệu suất và độ bền sản xuất hydro cao. Điện cực được phát triển thay thế vàng hoặc bạch kim được sử dụng làm lớp bảo vệ cho điện cực tạo oxy bằng nitrua kim loại không quý trong khi vẫn duy trì hiệu suất tương tự như các thiết bị điện phân thương mại hiện có và giảm lượng chất xúc tác iridium xuống 10% so với mức hiện có. Ngoài ra, thiết bị điện phân với các bộ phận mới đã được vận hành trong hơn 100 giờ để kiểm tra độ ổn định ban đầu của nó. “Việc giảm lượng chất xúc tác iridium và phát triển các vật liệu thay thế cho lớp bảo vệ bạch kim là điều cần thiết để sử dụng rộng rãi và tiết kiệm các thiết bị sản xuất hydro xanh màng điện phân polyme, đồng thời việc sử dụng nitrit sắt rẻ tiền thay vì bạch kim có ý nghĩa rất lớn,” cho biết Tiến sĩ Hyun S. Park của KIST. “Sau khi quan sát thêm hiệu suất và độ bền của điện cực, chúng tôi sẽ áp dụng nó vào các thiết bị thương mại trong tương lai gần.”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoAiStream. Thông minh dữ liệu Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
• Mua và bán cổ phần trong các công ty PRE-IPO với PREIPO®. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63099.php