Водородная экономика – это один из способов процветания мира с нейтральным выбросом углерода. В настоящее время самым простым способом производства водородного топлива является электрохимическое расщепление воды: пропускание электричества через воду в присутствии катализаторов (веществ, усиливающих реакцию) для получения водорода и кислорода. Эта реакция, однако, очень медленная, требует специальных условий и катализаторов на основе благородных металлов и в целом является дорогостоящей. Таким образом, достижение высокого выхода водорода энергоэффективным способом при низких затратах является сложной задачей.
На сегодняшний день производство водорода путем расщепления воды не было успешно коммерциализировано.
Теперь группа исследователей из Пусанского национального университета, Корея, во главе с профессором Кандасами Прабакаром, разработала метод создания нового электрокатализатора, который может решить некоторые из этих проблем. Их работа была размещена в Интернете 6 апреля 2021 г. и будет опубликована в печати в сентябрьском 2021 г. томе 292 журнала Applied Catalysis B: Environmental.
Описывая исследование, проф.
Прабакар говорит: «Сегодня 90% водорода производится в процессе парового риформинга, при котором парниковые газы выбрасываются в атмосферу. В нашей лаборатории мы разработали стабильный электрокатализатор на основе неблагородных металлов на полимерной основе, который может эффективно производить водород и кислород из воды по низкой цене из фосфатов переходных металлов."
Проф. Команда Прабакара изготовила этот электролизер путем осаждения ионов кобальта и марганца в различных пропорциях на массив нанопроволок из полианилина (PANI), используя простой гидротермальный процесс.
Регулируя соотношение Co / Mn, они достигли общей большой площади поверхности для протекания реакций, а в сочетании с высокой электронной проводящей способностью нанопроволоки PANI, на этой поверхности катализатора был облегчен более быстрый заряд и массоперенос. Биметаллический фосфат также обеспечивает бифункциональную электрокаталитическую активность для одновременного производства кислорода и водорода.
В экспериментах по проверке характеристик этого катализатора они обнаружили, что его морфология существенно снижает реакционное перенапряжение, тем самым повышая эффективность напряжения системы. В качестве доказательства долговечности, даже после 40 часов непрерывного производства водорода при 100 мА / см2 его характеристики остаются стабильными. А расщепление воды было возможно при низком входном напряжении всего 1.54В.
Помимо этих преимуществ, стоит отметить невысокую стоимость переходных металлов. Действительно, систему можно масштабировать и адаптировать для множества настроек. Говоря о возможных будущих приложениях, проф. Прабакар объясняет: «Водоразделительные устройства, использующие эту технологию, могут быть установлены там, где требуется водородное топливо, и могут работать с низким потреблением энергии или полностью возобновляемым источником энергии.
Например, мы можем производить водород дома для приготовления пищи и обогрева с помощью солнечной панели. Таким образом, мы сможем достичь углеродной нейтральности задолго до 2050 года."