В недавней статье Nature Communications группа исследователей во главе с доктором Нинг Яном из Института молекулярных наук им. Ван ‘Хоффа при Амстердамском университете демонстрирует практический безмембранный подход к электролизу воды с использованием катализаторов/ Их новая концепция электролизера, разработанная совместно с исследователями из Уханьского университета и Уханьского технологического университета, предлагает значительные преимущества по сравнению с электролизерами, которые в настоящее время разрабатываются для крупномасштабного производства водорода.
HIMS
Переход к водородной экономике необходим для продвижения устойчивой энергетики, а также для борьбы с изменением климата. Водород, производимый путем электролиза воды с использованием возобновляемой электроэнергии, может использоваться как в качестве чистого энергоносителя, так и в качестве реагента для производства сыпучих химикатов из CO 2 . Крупномасштабный электролиз воды является важной технологией для достижения этих целей. Однако, хотя электролизеры известны уже более 200 лет, технология все еще сталкивается с серьезными проблемами. Например, традиционный щелочной электролиз более подходит для работы при низкой плотности тока и низком давлении, в то время как электролизер с появляющейся протонообменной мембраной (PEM) требует использования дефицитных катализаторов из благородных металлов и обширной очистки воды.
Сэндвич-подобная архитектура
Теперь группа исследователей во главе с доктором Нинг Яном из Института молекулярных наук Ван ‘Хоффа при Амстердамском университете представляет новый тип безмембранного электролизера, который может расщеплять воду на водород и кислород при высокой плотности тока, используя только . обильные катализаторы. Работа, выполненная совместно с исследователями из Уханьского университета и Уханьского технологического университета, недавно была представлена в статье в Nature Communications .
Новый электролизер состоит из двух идентичных и отдельных отсеков, построенных по принципу «сэндвич». Через этот сэндвич текут два раствора: богатый водородом католит и богатый кислородом анолит. Во время работы анолит и католит циклируются взад и вперед, так что роли каждого отсека постоянно меняются. В результате новый электролизер обеспечивает подачу газообразного водорода чистотой более 99%.
HIMS
По словам д-ра Яна, эта новая установка сочетает в себе лучшее из обоих миров: «Плотно упакованная многослойная структура обеспечивает короткое расстояние перемещения ионов, что делает омическое сопротивление нашей безмембранной ячейки сравнимым с сопротивлением электролизера PEM. Вместе Благодаря разделению двух реакционных камер это открывает возможности для ячейки работать при высоких плотностях тока, сравнимых с плотностями PEM.Кроме того, наша конструкция электролизера очень прочная и одинаково хорошо работает как в деионизированной воде, так и в обычном водопроводном кране.»
Циклическая работа
Чтобы обеспечить непрерывную работу, электролизер работает циклически, когда электрод-катализатор является бифункционально активным. Испытания показали, что он одинаково хорошо работает как в реакции восстановления воды, так и в реакции окисления воды. Важным преимуществом здесь является отсутствие необходимости в благородных металлах. Вместо этого в элементе используется модифицированная версия катализаторов, легированных азотом, которые ранее были разработаны Яном и профессором Гади Ротенбергом для топливных элементов и суперконденсаторов. Эти высокопористые и структурированные материалы в настоящее время используются докторами наук. студент Джаспер Бимольт в качестве носителей для железокобальтовых сплавов и их фосфидных производных (см. первое изображение).
Ротенберг объясняет, что использование материалов, доступных на Земле, является ключом к реальным приложениям: «Чтобы эффективно конкурировать на рынке, стоимость зеленого водорода должна быть ниже 2 евро за килограмм. Это означает, что промышленное крупномасштабное производство водорода должно найти альтернативные решения. Разрабатывая электролизеры с новыми конфигурациями и используя катализаторы на основе большого количества элементов, мы создаем возможность для их реализации в реальной жизни ».
Ян и Ротенберг осознают, что расширение масштабов этой клеточной технологии требует гораздо большей работы в будущем. Совместное сотрудничество продолжит заниматься различными фундаментальными и прикладными вопросами, такими как технико-экономический анализ и динамическое поведение рабочего и вспомогательного электродов в электролите водопроводной воды.
Дополнительная информация: Сяоюй Ян и др., Безмембранный проточный электролизер, работающий при высокой плотности тока с использованием обильных катализаторов для расщепления воды, Nature Communications (2021 г.). DOI: 10.1038 / s41467-021-24284-5
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК