Революционный катализатор драматически повышает эффективность производства зеленого водорода

Корейский институт стандартов и науки, Тэджон, Южная Корея

Исследователь, управляющий системой водного электролиза с использованием новых катализаторов. (Изображение: Корейский институт стандартов и науки)

Зеленый водород, производимый через электролиз воды, является экологически чистым источником энергии следующего поколения, так как он не генерирует загрязнители вроде углекислого газа при производстве. Катализаторы играют решающую роль в процессе электролиза воды, расщепляя воду на водород и кислород. Эффективность производства зеленого водорода во многом зависит от производительности этих катализаторов. Поэтому коммерциализация зеленого водорода зависит от разработки стоимостно-эффективных катализаторов, способных поддерживать высокую производительность на длительных периодах.

Исследователи в Корее успешно разработали новый материал, который значительно повышает эффективность производства зеленого водорода при снижении затрат.

Корейский институт стандартов и науки (KRISS) разработал высокопроизводительный катализатор на основе основных металлов для использования в анионно-обменной мембранной (AEM) электролизе воды. Новый катализатор не только дешевле альтернатив на основе благородных металлов, но также демонстрирует превосходную производительность, приближая коммерциализацию зеленого водорода.

В настоящее время системы AEM электролиза воды преимущественно полагаются на катализаторы на основе благородных металлов, такие как платина (Pt) и иридий (Ir). Однако высокая стоимость этих материалов и их склонность к деградации значительно увеличивают стоимость производства водорода. Для преодоления этого вызова, разработка долговечных и доступных катализаторов на основе основных металлов необходима.

Группа метрологии новых материалов KRISS успешно разработала катализаторы на основе основных металлов, введя небольшое количество рутения (Ru) в диоксид молибдена с никель-молибденом (MoO2-Ni4Mo) структурой. В то время как диоксид молибдена предлагает высокую электрическую проводимость, его использование как катализатора электролиза воды было ограничено из-за деградации в щелочных средах.

Через комплексный структурный анализ исследователи идентифицировали адсорбирование гидроксид-иона (OH-) на диоксиде молибдена как первичную причину деградации.

Опираясь на эти выводы, они разработали метод включения рутения в оптимальном соотношении для предотвращения деградации диоксида молибдена. Получившиеся наночастицы рутения, измеряющие менее 3 нанометров, формируют тонкий слой на поверхности катализаторов, предотвращая деградацию и улучшая долговечность.

Оценка производительности раскрыла, что новые катализаторы предлагают в четыре раза большую долговечность и более чем в шесть раз большую активность по сравнению с существующими коммерческими материалами.

Более того, когда интегрированы с перовскитно-кремниевой тандемной солнечной ячейкой, катализаторы достигли замечательной солнечно-водородной эффективности 22,8 процента, подчеркивая их сильную совместимость с возобновляемыми источниками энергии.

Катализаторы также продемонстрировали высокую активность и стабильность в соленой воде, производя высококачественный водород. Эта способность ожидается значительно снизить затраты, связанные с десалинацией.

Доктор Сан Хва Парк, главный исследователь в Группе метрологии новых материалов KRISS, сказал: "В настоящее время производство зеленого водорода требует очищенной воды, но использование реальной морской воды могло бы существенно снизить затраты, связанные с десалинацией. Мы планируем продолжить исследования в этой области."

Это исследование поддерживалось программой KRISS MPI Lab и проводилось в сотрудничестве с командой профессора Хо Вона Жанга из Сеульского национального университета и командой доктора Сонг Мука Чоя из Корейского института материаловедения.

Результаты были опубликованы в июльском выпуске Applied Catalysis B: Environmental and Energy (IF: 20.2), ведущего журнала в области химической инженерии.

Для получения дополнительной информации, свяжитесь с Ынхэ Бае по адресу This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..