Ученые показывают, как использование только воды, железа, никеля и электричества может создать водородную энергию намного дешевле, чем раньше.
Автомобили, работающие на водороде, могут вскоре стать чем-то большим, чем просто новинка, после того, как группа ученых под руководством UNSW продемонстрировала гораздо более дешевый и устойчивый способ производства водорода, необходимого для их питания.
В недавнем исследовании, опубликованном в Nature Communications , ученые из UNSW Sydney, Университета Гриффита и Технологического университета Суинберна показали, что захват водорода путем отделения его от кислорода в воде может быть достигнут при использовании в качестве катализаторов недорогих металлов, таких как железо и никель, что ускоряет эта химическая реакция при этом требует меньше энергии.
Железо и никель, которые в изобилии встречаются на Земле, заменят драгоценные металлы рутений, платину и иридий, которые до сих пор считались эталонными катализаторами в процессе «расщепления воды».
Профессор Школы химии UNSW Чуан Чжао говорит, что при расщеплении воды два электрода подают электрический заряд на воду, что позволяет отделить водород от кислорода и использовать его в качестве энергии в топливном элементе.
«Что мы делаем, так это покрываем электроды нашим катализатором, чтобы снизить потребление энергии», — говорит он. «На этом катализаторе имеется крошечная наноразмерная граница раздела, где железо и никель встречаются на атомном уровне, что становится активным местом для расщепления воды. Именно здесь водород может быть отделен от кислорода и уловлен в качестве топлива, а кислород может быть выделен в виде экологически чистых отходов ».
В 2015 году команда профессора Чжао изобрела никель-железный электрод для генерации кислорода с рекордно высокой эффективностью. Тем не менее, профессор Чжао говорит, что железо и никель сами по себе не являются хорошими катализаторами для выработки водорода, но где они объединяются в наномасштабе, «где происходит волшебство».
«Наноразмерный интерфейс в корне меняет свойства этих материалов», — говорит он. «Наши результаты показывают, что никель-железный катализатор может быть таким же активным, как платиновый, для генерации водорода.
«Дополнительным преимуществом является то, что наш никель-железный электрод может катализировать как образование водорода, так и кислорода, поэтому мы можем не только сократить производственные затраты, используя богатые землей элементы, но и затраты на изготовление одного катализатора вместо двух».
Беглый взгляд на сегодняшние цены на металлы показывает, почему это может быть изменится, чтобы ускорить переход к так называемой водородной экономике. Железо и никель стоят по цене 0,13 долл. США и 19,65 долл. США за килограмм. Напротив, рутений, платина и иридий стоят 11,77, 42,13 и 69,58 долларов за грамм — иными словами, в тысячи раз дороже.
«В настоящее время в нашей экономике, связанной с ископаемым топливом, у нас есть этот огромный стимул для перехода на водородную экономику, чтобы мы могли использовать водород в качестве переносчика чистой энергии, которого много на Земле», — говорит профессор Чжао.
«Мы говорили об водородной экономике целую вечность, но на этот раз все выглядит так, как будто она действительно наступает».
Профессор Чжао говорит, что если технология вододеления будет развиваться и дальше, однажды могут появиться станции заправки водородом, такие как заправочные станции, где вы могли бы заправить свой автомобиль на водородных топливных элементах водородом, полученным в результате этой реакции расщепления воды , Заправка может быть произведена за считанные минуты по сравнению с часами в случае электромобилей с литиевым аккумулятором.
«Мы надеемся, что наши исследования могут быть использованы такими станциями для производства собственного водорода с использованием устойчивых источников, таких как вода, солнечная энергия и эти недорогие, но эффективные катализаторы».
Ссылка: «Общее электрохимическое расщепление воды на гетерогенной границе раздела никеля и оксида железа» Брайан Х.Р. Сурьянто, Юн Ван, Розали К. Хокинг, Уильям Адамсон и Чуан Чжао, 6 декабря 2019 года, Nature Communications .
DOI: 10.1038 / s41467-019-13415-8
Авторы исследовательской работы: Брайан Сурьянто (UNSW), Юн Ван (Гриффит), Розали Хокинг (Суинберн), Уильям Адамсон (UNSW) и Чуан Чжао (UNSW).