Revolutionaire Katalysator Verbetert Groene Waterstofproductie Efficiëntie Dramatisch

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

Groene waterstof, geproduceerd door water elektrolyse, is een next-generation eco-friendly energiebron omdat het geen vervuilende stoffen zoals kooldioxide genereert tijdens productie. Katalysatoren spelen een cruciale rol in het water elektrolyseproces, water splittend in waterstof en zuurstof. De efficiëntie van groene waterstofproductie hangt grotendeels af van de prestaties van deze katalysatoren. Daarom hangt de commercialisatie van groene waterstof af van de ontwikkeling van kosteneffectieve katalysatoren die hoge prestaties over lange periodes kunnen handhaven.

Onderzoekers in Korea hebben met succes een nieuw materiaal ontwikkeld dat de efficiëntie van groene waterstofproductie aanzienlijk verbetert terwijl de kosten worden verlaagd.

Het Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) heeft een hoogpresterende basismetaal katalysator ontwikkeld voor gebruik in anion exchange membrane (AEM) water elektrolyse. De nieuw ontwikkelde katalysator is niet alleen goedkoper dan edele metaal-gebaseerde alternatieven maar toont ook superieure prestaties, wat de commercialisatie van groene waterstof een stap dichterbij brengt.

Momenteel vertrouwen AEM water elektrolysesystemen voornamelijk op edele metaal katalysatoren zoals platina (Pt) en iridium (Ir). Echter, de hoge kosten van deze materialen en hun vatbaarheid voor degradatie verhogen de kosten van waterstofproductie aanzienlijk. Om deze uitdaging te overwinnen, is de ontwikkeling van duurzame en betaalbare basismetaal katalysatoren essentieel.

De KRISS Emerging Material Metrology Group heeft geslaagd in het ontwikkelen van basismetaal katalysatoren door een kleine hoeveelheid ruthenium (Ru) in te voeren in een molybdeendioxide met nikkel molybdeen (MoO2-Ni4Mo) structuur. Terwijl molybdeendioxide hoge elektrische geleiding biedt, is het gebruik als water elektrolyse katalysator beperkt geweest door degradatie in alkaline omgevingen.

Via uitgebreide structurele analyse identificeerden de onderzoekers hydroxideoon (OH-) adsorptie op molybdeendioxide als de primaire oorzaak van degradatie.

Op basis van deze bevindingen bedachten ze een methode om ruthenium bij een optimale verhouding te incorporeren om molybdeendioxide degradatie te voorkomen. De resulterende ruthenium nanopartikels, kleiner dan 3 nanometer, vormen een dunne laag op de katalysatoroppervlakken, wat degradatie voorkomt en duurzaamheid verbetert.

Prestatie-evaluaties onthulden dat de nieuw ontwikkelde katalysator vier keer de duurzaamheid en meer dan zes keer de activiteit biedt vergeleken met bestaande commerciële materialen.

Bovendien, geïntegreerd met een perovskiet-silicium tandem zonnecel, bereikten de katalysatoren een opmerkelijke zonne-naar-waterstof efficiëntie van 22,8 procent, wat de sterke compatibiliteit met hernieuwbare energiebronnen benadrukt.

De katalysatoren toonden ook hoge activiteit en stabiliteit in zout water, wat hoge-kwaliteit waterstof produceert. Deze capaciteit wordt verwacht de kosten geassocieerd met desalinisatie aanzienlijk te verlagen.

Dr. Sun Hwa Park, Hoofdonderzoeker bij de KRISS Emerging Material Metrology Group, zei: "Momenteel vereist groene waterstofproductie gezuiverd water, maar het gebruik van echte zeewater zou de kosten geassocieerd met desalinisatie aanzienlijk kunnen verlagen. We plannen ons onderzoek in dit gebied voort te zetten."

Dit onderzoek werd ondersteund door het KRISS MPI Lab Program en uitgevoerd in samenwerking met Professor Ho Won Jang's team aan Seoul National University en Dr. Sung Mook Choi's team aan het Korea Institute of Materials Science.

De bevindingen werden gepubliceerd in de juli-uitgave van Applied Catalysis B: Environmental and Energy (IF: 20,2), een toonaangevend tijdschrift op het gebied van chemische engineering.

Voor meer informatie, contacteer Eunhye Bae op dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. Je hebt JavaScript ingeschakeld om het te kunnen zien.