Электролиз щелочной воды рекламировался как путь к созданию водородной экономики путем преобразования прерывистых возобновляемых источников энергии в чистую химическую энергию на основе водорода.
Однако современная технология достигла лишь низких плотностей тока и эффективности напряжения.
Чтобы сделать электролиз более изобретательным, команда Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в партнерстве с Калифорнийским университетом, Санта-Круз и двумя другими институтами разработала трехмерный печатный электрод, который уменьшает проблемы, возникающие с пузырьками газа, образующимися в процессе.
Один из ключей к тому, чтобы электролиз достиг более высокой плотности тока, сводится к газовым пузырькам, созданным в процессе. Пузыри часто смешиваются вместе, застревают и попадают в ловушку, что затрудняет им побег.
- Этот новый электрод быстрее избавляется от газовых пузырьков. Вы не хотите, чтобы пузырьки были пойманы в ловушку в материале; вы хотите иметь возможность вытащить их как можно быстрее и использовать их в качестве источника топлива", - сказал LLNL материаловед Чэн Чжу.
Уникальная трехмерная печатная архитектура нового электрода подавляла коалесценцию газовых пузырьков, заклинивание и захват, а также приводила к быстрому высвобождению пузырьков. Команда обнаружила, что плотность тока была в 50 раз выше лабораторного стандарта.
Команда также использовала моделирование, чтобы выяснить, как образуется газ, как он выходит и с какой скоростью он выходит. Поскольку вы не можете видеть этот процесс внутри электрода, моделирование имело решающее значение при проектировании.
"Моделирование помогло нам понять фундаментальную науку о явлениях, которые мы видели происходящими", - сказал Жунпэй Ши, ученый-материаловед LLNL, который проводил моделирование. - Электроды непрозрачны, поэтому вы не можете заглянуть туда и увидеть, что происходит. Управляемая платформа и моделирование довольно беспрецедентны, чтобы узнать о физике, происходящей внутри электрода."
Работа демонстрирует новый подход к проектированию трехмерных электродов, позволяющий быстро транспортировать пузырьки и высвобождать их для повышения общей каталитической активности электрода при коммерчески значимых плотностях тока.
"Была проделана большая работа на материальном конце электролиза, в поисках электродных катализаторов. Эта команда показала, что фактическая архитектура компонентов имеет такое же значение, особенно при высоких темпах производства",-сказал Брэндон Вуд