Катализатор с более высокой эффективностью может оказаться ключом к зеленому водороду

25.06.2023

Гонка за широкое использование прерывистой возобновляемой энергии стала реальностью благодаря новым исследованиям экспертов из Университета Аделаиды, которые повышают эффективность катализаторов на основе иридия.

«В настоящее время коммерческим катализаторам на основе оксида иридия трудно одновременно достичь высокой активности и стабильности в электролизе воды с протонообменной мембраной (PEMWE)», — сказал доцент Университета Аделаиды Яо Чжэн, будущий научный сотрудник ARC, Школа химического машиностроения.

«Мы обнаружили, что механизм с участием воды на решетке — способ расположения молекул воды в определенном порядке — повышает эффективность катализатора на основе оксида иридия на 5–12%, что приводит к более высокому выходу энергии при меньшем потреблении энергии.

«Расщепление воды с использованием PEMWE является многообещающим методом получения зеленого водорода. Однако можно использовать только электрокатализаторы на основе иридия, поскольку этот элемент может выдерживать жесткие кислотные условия, возникающие во время реакции».

Использование возобновляемой электроэнергии является одним из наиболее привлекательных решений для производства зеленого водорода, особенно с использованием технологии PEMWE, которая может работать с быстрым откликом и высокой плотностью тока. Водород называют топливом будущего с низким уровнем выбросов.

Иридий — один из самых редких элементов на Земле. Он встречается в природе в несвязанном виде в отложениях, отложенных реками. Он коммерчески извлекается как побочный продукт рафинирования никеля. В земной коре существует очень тонкий слой иридия. Южная Африка является крупнейшим производителем иридия.

«Поскольку мировое производство иридия очень ограничено, очень важно уменьшить количество, используемое в этих типах катализаторов», — сказал доцент Чжэн.

«Благодаря механизму обмена кислорода с использованием воды на решетке, который показывает возможность как более высокой эффективности, так и стабильности в водном электролизере с протонообменной мембраной, количество иридия может быть уменьшено, а стоимость производства зеленого водорода может быть эффективно снижена.

«Наши результаты не только подтверждают жизнеспособность анодного катализатора на основе иридия с низкой нагрузкой для PEMWE, но также предлагают новые идеи по модификации механизма кислородного обмена для высокоэффективной конструкции катализатора реакции выделения кислорода (OER).

«Благодаря более дешевому зеленому водороду можно было бы как можно скорее построить углеродно-нейтральное общество, а связанные с климатом проблемы можно было бы эффективно уменьшить».

Работа команды была проведена на фундаментальном уровне. Необходимо провести дальнейшие исследования о том, как масштабировать новый синтез. Их выводы опубликованы в журнале Science Advances.