Revolutionaire katalysator verhoogt de efficiëntie van de productie van groene waterstof dramatisch

Korea Research Institute of Standards and Science, Daejeon, Zuid-Korea

Groene waterstof, geproduceerd door middel van waterelektrolyse, is een milieuvriendelijke energiebron van de volgende generatie, omdat er tijdens de productie geen verontreinigende stoffen zoals koolstofdioxide vrijkomen. Katalysatoren spelen een cruciale rol in het elektrolyseproces van water, waarbij water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof. De efficiëntie van de productie van groene waterstof hangt voor een groot deel af van de prestaties van deze katalysatoren. Daarom hangt de commercialisering van groene waterstof af van de ontwikkeling van kosteneffectieve katalysatoren die in staat zijn hoge prestaties gedurende langere perioden te behouden.

Onderzoekers in Korea hebben met succes een nieuw materiaal ontwikkeld dat de efficiëntie van de groene waterstofproductie aanzienlijk verbetert en tegelijkertijd de kosten verlaagt.

Het Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) heeft een hoogwaardige basismetaalkatalysator ontwikkeld voor gebruik bij waterelektrolyse met anionenuitwisselingsmembraan (AEM). De nieuw ontwikkelde katalysator is niet alleen betaalbaarder dan op edelmetalen gebaseerde alternatieven, maar levert ook superieure prestaties, waardoor de commercialisering van groene waterstof een stap dichterbij komt.

Momenteel zijn AEM-waterelektrolysesystemen voornamelijk afhankelijk van edelmetaalkatalysatoren zoals platina (Pt) en iridium (Ir). De hoge kosten van deze materialen en hun gevoeligheid voor afbraak verhogen echter de kosten van waterstofproductie aanzienlijk. Om deze uitdaging te overwinnen is de ontwikkeling van duurzame en betaalbare basismetaalkatalysatoren essentieel.

De KRISS Emerging Material Metrology Group is erin geslaagd basismetaalkatalysatoren te ontwikkelen door een kleine hoeveelheid ruthenium (Ru) in een molybdeendioxide met nikkelmolybdeen (MoO 2-Ni4Mo) structuur te introduceren. Hoewel molybdeendioxide een hoge elektrische geleidbaarheid biedt, is het gebruik ervan als katalysator voor waterelektrolyse beperkt vanwege degradatie in alkalische omgevingen.

Door middel van uitgebreide structurele analyses hebben de onderzoekers de adsorptie van hydroxide-ionen (OH-) aan molybdeendioxide geïdentificeerd als de voornaamste oorzaak van de afbraak.

Voortbouwend op deze bevindingen bedachten ze een methode om ruthenium in een optimale verhouding op te nemen om afbraak van molybdeendioxide te voorkomen. De resulterende ruthenium-nanodeeltjes, die minder dan 3 nanometer groot zijn, vormen een dunne laag op het oppervlak van de katalysator, waardoor afbraak wordt voorkomen en de duurzaamheid wordt verbeterd.

Uit prestatiebeoordelingen bleek dat de nieuw ontwikkelde katalysatoren vier keer zo duurzaam en ruim zes keer zo actief zijn in vergelijking met bestaande commerciële materialen.

Bovendien bereikten de katalysatoren, wanneer ze werden geïntegreerd met een perovskiet-silicium tandemzonnecel, een opmerkelijke zonne-energie-waterstofefficiëntie van 22,8 procent, wat de sterke compatibiliteit ervan met hernieuwbare energiebronnen benadrukt.

De katalysatoren vertoonden ook een hoge activiteit en stabiliteit in zout water, waardoor waterstof van hoge kwaliteit werd geproduceerd. Verwacht wordt dat deze mogelijkheid de kosten die gepaard gaan met ontzilting aanzienlijk zal verminderen.

Dr. Sun Hwa Park, hoofdonderzoeker bij de KRISS Emerging Material Metrology Group, zei:"Momenteel vereist de productie van groene waterstof gezuiverd water, maar het gebruik van echt zeewater kan de kosten die gepaard gaan met ontzilting aanzienlijk verlagen. We zijn van plan ons onderzoek op dit gebied voort te zetten."

Dit onderzoek werd ondersteund door het KRISS MPI Lab-programma en uitgevoerd in samenwerking met het team van professor Ho Won Jang aan de Seoul National University en het team van Dr. Sung Mook Choi aan het Korea Institute of Materials Science.

De bevindingen zijn gepubliceerd in de juli-editie van Applied Catalysis B:Environmental and Energy (IF:20.2), een toonaangevend tijdschrift op het gebied van chemische technologie.

Neem voor meer informatie contact op met Eunhye Bae op Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien..