Зеленая энергетика станет в разы дешевле по всему миру: что придумали ученые

Об этом сообщает interestingengineering.com.

Среди различных методов на пути к декарбонизации выделяется электролиз воды с использованием протонообменной мембраны (PEMWE). Он позволяет получать водород высокой чистоты с использованием только воды и электроэнергии. Но цена методы очень высока, так как в технологии используются редкие и драгоценные металлы – в частности, иридий и платина.

Команда исследователей Корейского института передовых технологий (KAIST) разработала новый метод, который обеспечивает высокую производительность PEMWE без дорогостоящего покрытия.

Платиновая проблема

Ячейки PEMWE используют оксид иридия (IrOx) в качестве катализатора для проведения реакции выделения кислорода. Хотя IrOx очень активен, он не работает в полную силу без платины. Ученые обнаружили, что плохой перенос электронов вызван структурными проблемами в интерфейсе электрода.

Речь идет о так называемом эффекте «отсечки». Он возникает там, где встречаются катализатор IrOx, иономер (твердый электролит) и титановый субстрат. Иономер, хотя и необходим для проведения ионов, в то же время действует как электрический изолятор вокруг мелких частиц катализатора. И когда иономер касается титановой подложки, на оксидном слое образуется барьер, ухудшающий проводимость.

Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи изменили одну переменную – размер частиц. Они изготовили катализаторы IrOx различных диаметров и оценили их с помощью реальных отдельных ячеек PEMWE и вычислительного моделирования. Результаты впечатляли: частицы размером более 20 нанометров создавали меньше зон отсечки. Это позволяло электронам более свободно перемещаться между катализатором и подложкой, восстанавливая производительность без использования платины.

Отметим, что платина важна для производства водорода, так как она является эффективным катализатором для реакции электрохимического восстановления протонов и деполяризации электродов. К тому же, она относится к инертным металлам – то есть демонстрирует низкую химическую активность и в обычных условиях не вступает в химические реакции (например, не подвержена коррозии и окислению). Инертные металлы также называют благородными – сюда, кроме платины, относятся серебро, золото и вся платиновая группа (иридий, рутений, родий, палладий, осмий).

Что касается корейских исследователей, то вдобавок к решению платиновой проблемы они еще и улучшили структуру слоя катализатора и таким образом объединили активность и проводимость (раньше эти два фактора считались взаимоисключающими).

Как подытоживает издание, эта разработка открывает дорогу к более дешевым системам электролиза.

Также стало известно, что американские исследователи придумали необычную замену аккумуляторам. Они разработали топливный элемент, который почти втрое эффективнее, чем привычный литий-ионный аккумулятор.