Исследователи из Университета RMIT в Австралии придумали инновационный, многообещающий способ увеличить производство зеленого водорода в 14 раз - путем использования звуковых волн посредством электролиза для расщепления воды.
По словам инженеров, их изобретение может значительно снизить затраты на производство экологически чистого водорода.
«Одной из основных проблем электролиза является высокая стоимость используемых электродных материалов, таких как платина или иридий», - говорится в заявлении доцента RMIT Амгада Резка, руководившего работой.
«Извлечение водорода из воды благодаря звуковым волнам значительно облегчает извлечение водорода, что устраняет необходимость в использовании коррозионно-активных электролитов и дорогих электродов, таких как платина или иридий. Поскольку вода не является коррозионно-активным электролитом, мы можем использовать гораздо более дешевые электродные материалы, такие как серебро», - пояснил Резк.
Исследование опубликовано в Advanced Energy Material, и в соответствии с публикацией была подана предварительная заявка на патент Австралии для защиты новой технологии.
Как электролиз используется для получения зеленого водорода?
Электричество проходит через воду с помощью двух электродов, которые расщепляют молекулы воды на кислород и водород. Этот процесс производит зеленый водород, что означает лишь «небольшую часть» глобального производства водорода из-за высокой потребности в энергии.
Итак, как производится большая часть водорода? Путем расщепления природного газа, также известного как голубой водород. Природный газ выбрасывает парниковые газы в атмосферу.
В своем эксперименте инженеры RMIT использовали высокочастотные вибрации, чтобы «разделять и властвовать» отдельные молекулы воды во время электролиза.
«Электрический выход электролиза со звуковыми волнами был примерно в 14 раз больше, чем электролиз без них, для данного входного напряжения. Это было эквивалентно количеству произведенного водорода», - сказал первый автор Йемайма Эрнст..
Прорыв - огромный шаг к использованию «новой акустической платформы»
Эрнст добавил, что звуковые волны также «предотвратили образование пузырьков водорода и кислорода на электродах, что значительно улучшило его проводимость и стабильность».
«Материалы электродов, используемые в электролизе, страдают от накопления газообразных водорода и кислорода, образующих газовый слой, который сводит к минимуму активность электродов и значительно снижает их производительность», - сказал Эрнст, доктор философии. научный сотрудник Инженерной школы RMIT.
Профессор Лесли Йео, один из ведущих старших исследователей, сказал, что прорыв стал огромным шагом к использованию «новой акустической платформы» для других приложений.
Наша способность подавлять образование пузырьков на электродах и быстро удалять их с помощью высокочастотных вибраций представляет собой значительный прогресс в области проводимости и стабильности электродов. С помощью нашего метода мы потенциально можем повысить эффективность преобразования. что привело к чистой положительной экономии энергии на 27 процентов», - сказал Йео из Инженерной школы RMIT.
Однако интеграция звуковых волн с существующими электролизерами для расширения масштабов работы является проблемой, над которой нужно работать команде.
Представлена новая стратегия использования высокочастотных (10 МГц) гибридных звуковых волн для резкого усиления реакций выделения водорода (HER) в общеизвестно сложных нейтральных электролитах путем изменения состояния координации их сети. Здесь рассматриваются практические ограничения, связанные с существующей технологией электролизеров, включая потребность в высококоррозионных электролитах и дорогих электрокатализаторах, путем переопределения концептуально плохих водородных электрокатализаторов в нейтральных электролитах. Улучшение характеристик HER связано с уникальной способностью интенсивной локальной электромеханической связи, возникающей из-за акустического воздействия, «разрушать» тетраэдрически координированную сеть водородных связей молекул воды на границе раздела электрод-электролит, что приводит к генерации высокая концентрация «свободных» молекул воды, которые легче достигают каталитических центров на немодифицированном поликристаллическом электроде. Вместе с другими синергетическими эффектами, которые сопровождают акустическое возбуждение (например, генерация ионов гидроксония, конвективная релаксация ограничений диффузионного массопереноса и предотвращение образования пузырьков и их удаления с электрода), результирующее перенапряжение уменьшается на 1.4 В при −100 мА·см-2 и соответствующее 14-кратное увеличение плотности тока, а также чистая положительная экономия энергии на 27,3 % демонстрируют потенциал технологии в качестве масштабируемой платформы для эффективного повышения эффективности производства зеленого водорода..