Зелената енергия ще стане много по-евтина по целия свят: какво са измислили учените

Необходими са нови технологии за намаляване на вредните емисии на въглероден диоксид в световен мащаб, а водородът е на първо място. Тази технология обаче има съществен недостатък – високата цена. Корейските учени успяха да намерят решение на проблема.

Това съобщава Interestingengineering.

Сред различните методи по пътя към декарбонизацията, протоннообменната мембранна електролиза на водата (PEMWE) се откроява. Тя позволява производството на високочист водород, използвайки само вода и електричество. Но цената на метода е много висока, тъй като технологията използва редки и благородни метали – по-специално иридий и платина.

Екип от изследователи от Корейския институт за напреднали науки и технологии (KAIST) е разработил нов метод, който постига високоефективна PEMWE без скъпо покритие.

Проблемът с платината

PEMWE клетките използват иридиев оксид (IrOx) като катализатор за осъществяване на реакцията на отделяне на кислород. Въпреки че IrOx е много активен, той не работи с пълен капацитет без платина. Учените са установили, че лошият електронен трансфер се причинява от структурни проблеми в интерфейса на електрода.

Това е така нареченият ефект на „прекъсване“. Той се получава там, където се срещат IrOx катализаторът, йономерът (твърд електролит) и титаниевата подложка. Йономерът, въпреки че е необходим за провеждане на йони, действа и като електрически изолатор около малките частици на катализатора. И когато йономерът докосне титаниевата подложка, върху оксидния слой се образува бариера, която нарушава проводимостта.

За да преодолеят това препятствие, изследователите променили една променлива: размерът на частиците. Те изработили IrOx катализатори с различни диаметри и ги оценили, използвайки реални единични PEMWE клетки и компютърно моделиране. Резултатите били впечатляващи: частици, по-големи от 20 нанометра, създали по-малко зони на прекъсване. Това позволило на електроните да се движат по-свободно между катализатора и субстрата, възстановявайки производителността без нуждата от платина.

Трябва да се отбележи, че платината е важна за производството на водород, тъй като е ефективен катализатор за реакцията на електрохимичното редуциране на протони и деполяризация на електродите. Освен това, тя е инертен метал —- тоест, демонстрира ниска химическа активност и не влиза в химични реакции при нормални условия (например, не е подложена на корозия и окисление). Инертните метали се наричат ​​още благородни — това включва, освен платина, сребро, злато и цялата платиновa група (иридий, рутений, родий, паладий, осмий).

Що се отнася до корейските изследователи, освен че са решили проблема с платината, те са подобрили и структурата на катализаторния слой и по този начин са комбинирали активността и проводимостта (преди тези два фактора се смятаха за взаимно изключващи се).

Както заключава публикацията, това развитие отваря пътя към по-евтини електролизни системи.