Южнокорейские учёные заменили платину в производстве водорода никелем и кобальтом и сократили затраты на 99%
iXBT.com ·
Учёные из Корейского института энергетических исследований (KIER) разработали электрод для производства водорода из воды, который не содержит платины и использует более дешёвые никель и кобальт. По данным команды, стоимость этих металлов составляет около $0,02 и $0,05 за грамм соответственно, что примерно на 99% ниже приведённых в публикации цен на платину и рутений. При этом новый электрод обеспечивает сопоставимую с коммерческими платиновыми системами скорость получения водорода при перенапряжении всего 22,7 мВ против 56,5 мВ у платинового аналога. Перенапряжение — это дополнительное напряжение сверх теоретически необходимого, которое приходится подавать для протекания электрохимической реакции. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Science.
Разработка предназначена для щелочного электролиза воды — процесса, при котором электрический ток разделяет воду на водород и кислород. В щелочной среде реакция протекает медленнее, чем в кислой, поэтому для ускорения процесса промышленные установки используют катализаторы на основе дорогих металлов. Южнокорейская команда заменила их двухкомпонентной структурой из оксида никеля и никель-кобальтового сплава на поверхности одного электрода. Компоненты выполняют разные функции: оксид никеля ускоряет начальное расщепление молекул воды, а сплав способствует образованию молекулярного водорода из высвободившихся частиц.
Команда проверила разработку не только в лабораторных экспериментах с небольшими образцами. В испытаниях электролизной ячейки размером 8,7 см новый электрод снизил напряжение ячейки на 11% по сравнению со стандартными никелевыми электродами. Кроме того, материал сохранил рабочие характеристики после 600 последовательных циклов запуска и остановки. Это важно для установок, использующих электричество от солнечных и ветровых электростанций, поскольку их выработка меняется в зависимости от погодных условий, заставляя оборудование работать в переменном режиме.
Разработка уже перешла к масштабированию: по словам соавтора работы Хён-Джуна Ли, команда изготовила электроды диаметром 40 см и совершенствует технологию их производства. Следующая цель — увеличить площадь поверхности электрода до 5000 см² для интеграции в промышленные установки мегаваттного класса. Пока речь идёт о разработке и подготовке к масштабированию, а не о доказанном снижении полной стоимости промышленного производства водорода на 99%: заявленная экономия относится к стоимости материалов электродов, а коммерческое применение ещё предстоит отработать.