Японски учени създадоха суперкатализатор за производство на водород

Една от глобалните цели за чиста енергия е ефективното производство на водород с помощта на възобновяеми енергийни източници. Обикновено това се прави чрез електролиза – разлагане на водата на водород и кислород с помощта на електрическа енергия и катализатори. Проблемът е, че катализаторите, използващи благородни метали са скъпи.

Най-близо до решаването на проблема са японски учени, които използват обикновен манган.

През последните години най-популярен стана методът на електролиза с протонно-обменна мембрана (PEM). Заместването на електролита с PEM стабилизира производството на водород и ускорява производството на водород, но използването на мембрани е много по-скъпо и проблемно, тъй като мембраните бързо губят свойствата си в агресивна среда. За да се удължи експлоатационният им живот, досега към мангановия оксид се добавяше иридий, което драстично увеличава разходите за производство на водород.

Изследователи от института RIKEN в Япония взеха обикновен манган и промениха триизмерната му структура, което доведе до създаването на най-ефективния и екологичен PEM-електролизер без използването на редки метали.

Учените разработиха нови катализатор на базата на манганов оксид (MnO2), като промениха структурата на кристалната решетка на материала, така че той да образува по-силни връзки с кислородните атоми. Подобреният MnO2 е много по-стабилен от други катализатори от неблагородни метали и е в състояние да поддържа реакцията с вода много по-дълго, произвеждайки 1000% повече водород.

Според изследването, публикувано в Nature Catalysis, MnO2 има 40 пъти по-дълъг живот от други евтини катализатори. Материалът е по-устойчив на киселинно разтваряне и е по-стабилен по време на реакцията. При лабораторни тестове катализаторът издържа повече от 1000 часа при ток от 200 mA/cm², като произвежда 10 пъти повече водород в сравнение с други материали.

Разбира се, това е само началото. Все още има много работа, преди новият материал да бъде използван в промишлени електролизери, но изследователите вярват, че откритието им ще изиграе решаваща роля в устойчивото производство на водород. Бъдещите модификации на мангановата структура биха могли да позволят още по-висока плътност на тока и по-дълъг живот на катализатора, а в дългосрочен план обещават да направят възможна електролизата на вода без използването на иридий и други редки метали.