Новый метод эффективного производства водорода, который разделяет выработку кислорода и водорода, разработанный исследователями из Швеции, устраняет риски взрыва и потребность в редкоземельных металлах с уровнем эффективности 99 процентов. Это нововведение обещает более легкую интеграцию с возобновляемыми источниками энергии и имеет значительный потенциал для коммерческого применения.
Ученые Швеции разработали инновационный метод получения водородной энергии с повышенной эффективностью. Этот процесс разделяет воду на кислород и водород, исключая опасную возможность объединения двух газов.
Новый метод, разработанный в Королевском технологическом институте KTH в Стокгольме, отделяет стандартный процесс электролиза для производства газообразного водорода, который расщепляет молекулы воды с помощью электрического тока. В отличие от преобладающих систем, он производит образующиеся газообразные кислород и водород отдельно, а не одновременно в одной и той же ячейке, где их необходимо разделить мембранными барьерами.
Такое разделение исключает возможность смешивания газов с риском взрыва, говорит исследователь Эстебан Толедо, доктор философии. студент KTH, который является соавтором статьи, опубликованной сегодня в Достижения науки вместе с Джойдипом Даттой, профессором прикладной физики KTH. Это также устраняет необходимость в редкоземельных металлах.
Два исследователя запатентовали систему, и компания Caplyzer AB была создана посредством KTH Innovation для масштабирования технологии.
Соавтор Эстебан Толедо, аспирант Королевского технологического института KTH, работает с прототипом разделенного разделения воды в Стокгольме, Швеция. Кредит: Дэвид Каллахан
Коммерческая жизнеспособность и эффективность
Дутта говорит, что фарадеевская эффективность газообразного водорода составила 99 процентов. Исследователи также сообщают, что лабораторные испытания не выявили видимой деградации электродов в результате долгосрочных испытаний, что важно для коммерческого применения.
При производстве водорода из воды всегда образуется кислород. Типичный щелочной электролизер имеет положительный и отрицательный электрод, спаренные внутри камеры с щелочной водой, разделенные ионопроницаемым барьером. При подаче электрического тока вода вступает в реакцию на катоде, образуя водород и отрицательно заряженные ионы гидроксида, которые диффундируют через барьер к аноду с образованием кислорода.
Но барьер вызывает сопротивление, и если электрический заряд колеблется, риск взрывоопасной смеси кислорода и водорода возрастает.
Толедо говорит, что новая концепция электролиза воды создает основу для более надежной формы производства экологически чистой энергии, включающей непостоянные источники, такие как солнечная энергия или ветер.
«Поскольку мы не рискуем смешивать газы, мы можем работать в более широком диапазоне входной мощности», — говорит он. «Гораздо проще объединиться с возобновляемыми источниками энергии, которые обычно обеспечивают переменную мощность».
Новый способ простого и безопасного производства газообразного водорода был опубликован сегодня в журнале Science Advances. Кредит: Дэвид Каллахан
Одновременное выделение газов можно избежать, заменив один из электродов сверхемкостным электродом из углерода. Эти электроды попеременно накапливают и выделяют ионы, эффективно разделяя выработку водорода и кислорода.
Когда электрод заряжен отрицательно и производит водород, суперконденсатор накапливает богатые энергией ионы гидроксида (OH). Когда направление тока меняется, суперконденсатор высвобождает поглощенный ОН, и на теперь положительном электроде образуется кислород.
«Один электрод выделяет и кислород, и водород», — говорит Датта. «Это очень похоже на перезаряжаемую батарею, производящую водород – поочередно заряжающуюся и разряжающую. Все дело в завершении круга».
Ссылка: «Суперемкостный электролизер с развязкой для безмембранного расщепления воды», Эстебан А. Толедо-Каррильо, Марио Гарсиа-Родригес, Лорена М. Санчес-Морен и Джойдип Датта, 6 марта 2024 г., Достижения науки.
DOI: 10.1126/sciadv.adi3180
Исследование частично финансировалось Винновой и Офорском.