- Исследовательская команда во главе с профессором UNIST Пак Хе Сон разработала катализатор из неблагородных металлов для электролизно-водных установок с превосходной долговечностью
Водородная энергия [123RF]
Одной из ключевых технологий, реализующих эру углеродной нейтральности, является технология электролиза воды. Это технология, которая разделяет воду на водород и кислород с помощью электроэнергии. Водород, экологически чистое сырье, можно производить без выбросов углерода. Ключом к ее коммерциализации является разработка дешевых и прочных каталитических материалов, и недавно южнокорейские ученые разработали новый катализатор с такими характеристиками.
Совместная исследовательская группа во главе с Пак Хе Сеном, профессором технологии новых материалов из Ульсанского национального института науки и технологий, и Хан Ён Кю, профессором технологии синтеза новых материалов из Университета Донгук, разработала бифункциональный гидроэлектролизный катализатор на основе неблагородных (недрагоценных) металлов. Он более эффективен и долговечен, чем дорогие катализаторы из драгоценных металлов. Катализаторы - это вещества, снижающие энергозатраты на химические реакции, протекающие в электродах.
Новоразработанный катализатор представляет собой бифункциональный катализатор, который можно использовать для покрытия как катода, так и анода в гидроэлектролизной установке. В обычных электролизно-водных оборудованиях используются разные катализаторы для катода и анода. Это связано с тем, что в катоде и аноде протекают разные реакций (из первого выделяется водород, а из последнего – кислород). Однако этот катализатор можно использовать как для катода, так и для анода, что позволит снизить затраты за счет упрощения процесса производства гидроэлектролизной установки.
Эксперименты по электролизу воды с использованием новоразработанных катализаторов. [Предоставлено UNIST]
Сам процесс изготовления катализатора также прост. Все, что нужно сделать, это поместить сырье в цилиндрический контейнер, содержащий небольшие стальные шарики, и вращать им.
Катализатор работал стабильно более 2500 часов без повреждений даже тогда, когда 100 миллиампер тока протекали через электрод площадью 1 см2. Обычные гидроэлектролизные катализаторы имеют проблемы с долговечностью, так как катализатор начинает отслаиваться от электрода, когда более 50 миллиампер тока пропускается на одну и ту же площадь. Поскольку сила тока пропорциональна объему производимого газообразного водорода, важным условием для коммерциализации технологии является сохранение долговечности при высокой плотности тока. Он также показал отличную стабильность в суровых условиях эксплуатации, таких как высокая температура и высокая концентрация электролита.
«Чтобы коммерциализировать технологию электролиза воды, катализатор должен иметь не только высокую эффективность, но и должен производиться в больших количествах с помощью дешевых процессов и иметь долгий срок службы» - сказал профессор Пак Хе Сон, добавив, что: «мы разработали катализатор, который одновременно удовлетворяет этим условиям».
Исследователи О Нам Гын и Со Джи Хён (слева направо) [предоставлено UNIST]
Это стало возможным за счет использования разнонаправленного движения электронов. Данная технология улучшает характеристики бифункциональных катализаторов за счет движения электронов между дихалькогенидом переходного металла, оксидом перовскита и щелочным металлом, входящими в состав катализаторов. Исследователи впервые предложили эту концепцию в исследовании и продемонстрировали ее экспериментально.
Исследовательская группа использовала селенид молибдена (MoSe2) в качестве дихалькогенида переходного металла, оксида лантана-стронция-кобальта (La0.5Sr0.5CoO3-δ)) в качестве оксида перовскита. Поверхность дихалькогенида переходного металла покрыта калием (K), щелочным металлом.
Результаты исследования опубликованы 29 июля в онлайн-версии международного академического журнала Nature Communications.
nbgkoo@heraldcorp.com