Исследователи из Вашингтонского государственного университета нашли способ более эффективно производить водород из воды, что является важным ключом к обеспечению жизнеспособности производства и хранения возобновляемой энергии.
Исследователи во главе с профессорами Юэ Линь и Скоттом Бекманом из Школы машиностроения и материаловедения разработали катализатор из недорогих материалов. Он работает так же или даже лучше, чем катализаторы из драгоценных металлов, которые используются в процессе.
Работа опубликована в журнале Advanced Energy Materials.
Хранение чистой энергии
Преобразование энергии является ключом к экономике чистой энергии. Поскольку солнечные и ветряные источники производят энергию только с перерывами, существует острая необходимость в способах хранения и экономии электроэнергии, которую они производят.
Одной из самых многообещающих идей по хранению возобновляемой энергии является использование избыточного электричества, вырабатываемого возобновляемыми источниками энергии, для расщепления воды на кислород и водород; затем водород можно подавать в автомобили на топливных элементах.
«Производство водорода путем электролиза воды - самый экологичный способ преобразования электричества в химическое топливо», - сказал Цзюньхуа Сонг, доктор философии WSU. студент, который синтезировал катализатор и выполнил большую часть экспериментальной работы.
Энергия, материалы запредельно дорогие
В промышленности процесс разделения воды не получил широкого распространения из-за непомерно высокой стоимости необходимых катализаторов из драгоценных металлов - обычно платины или рутения.
Многие методы разделения воды также требуют слишком много энергии или слишком быстро разрушаются необходимые материалы. Вместо этого в промышленности обычно используется процесс, основанный на ископаемом топливе, для производства водорода для топливных элементов, что приводит к вредным выбросам парниковых газов.
Для своего катализатора исследовательская группа WSU добавила наночастицы относительно недорогой меди в каркас на основе кобальта. Новый катализатор был способен проводить электричество лучше, чем обычно используемые катализаторы из драгоценных металлов. Он производил кислород лучше, чем существующие коммерческие катализаторы, и производил водород с сопоставимой скоростью.
Моделирование катализатора, экспериментирование
Исследователи использовали как теоретическое моделирование, так и экспериментальные оценки, чтобы продемонстрировать и точно настроить эффективность своего катализатора.
«Моделирование помогло исследователям понять на атомном уровне, как атомы меди улучшают катализатор, что помогло точно выбрать и настроить элементы для повышения производительности», - сказал Бекман.
«Исследовательская группа представила новую перспективу в разработке и улучшении катализаторов на основе неблагородных металлов для производства водорода», - сказал Лин. «Этот катализатор проложит путь к разработке высокоэффективных приложений для производства водорода на основе электролиза».
Исследователи ищут внешнее финансирование для расширения масштабов своей работы. Они надеются улучшить стабильность и эффективность катализатора.
Работа проводится в соответствии с «Большими вызовами» WSU, набором исследовательских инициатив, направленных на решение крупных социальных проблем. Это особенно актуально для проблемы устойчивых ресурсов и ее темы удовлетворения потребностей в энергии при защите окружающей среды.