Блог

Jul 21, 2023

Разработка технологий для снижения себестоимости производства зеленого водорода

Разработка технологий для снижения себестоимости производства зеленого водорода. Зеленый

Разработка технологий для снижения себестоимости производства зеленого водорода.

Зеленый водород, который производит водород без использования ископаемого топлива или выбросов углекислого газа, становится все более важным в последние годы в рамках усилий по реализации декарбонизированной экономики.

Однако из-за высокой стоимости производства устройств для электролиза воды, производящих зеленый водород, экономическая целесообразность использования зеленого водорода не очень высока. Однако разработка технологии, которая резко снижает количество редких металлов, таких как иридий и платина, используемых в устройствах электролиза воды с полимерным электролитом и мембраной, открывает путь к снижению производственных затрат.

Исследовательская группа под руководством доктора Хёна С. Пака и Сон Чон Ю из Исследовательского центра водорода и топливных элементов Корейского института науки и технологий (KIST) объявила, что они разработали технологию, которая может значительно снизить количество платины и иридий, драгоценные металлы, используемые в защитном слое электродов устройств для электролиза воды с полимерным электролитом и мембраной, обеспечивают производительность и долговечность наравне с существующими устройствами.

В частности, в отличие от предыдущих исследований, направленных на уменьшение количества иридиевого катализатора при сохранении структуры, использующей большое количество платины и золота в качестве защитного слоя электрода, исследователи заменили драгоценный металл в защитном слое электрода недорогим нитридом железа, имеющим большая площадь поверхности и равномерное покрытие небольшого количества иридиевого катализатора поверх нее, что значительно повышает экономическую эффективность электролизного устройства.

Устройство для электролиза воды с мембранным полимерным электролитом представляет собой устройство, которое производит водород и кислород высокой чистоты путем разложения воды с использованием электроэнергии, получаемой из возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, и играет роль в снабжении водородом различных отраслей промышленности, таких как сталелитейная и химическая промышленность. Кроме того, для преобразования энергии выгодно хранить возобновляемую энергию в виде водородной энергии, поэтому повышение экономической эффективности этого устройства очень важно для реализации зеленой водородной экономики.

В типичном электролизном устройстве имеется два электрода, вырабатывающих водород и кислород, а для электрода, генерирующего кислород, который работает в высокоагрессивной среде, на поверхность электрода наносится золото или платина в концентрации 1 мг/см2 в качестве защитного покрытия. слой для обеспечения долговечности и эффективности производства, а сверху наносится иридиевый катализатор в концентрации 1-2 мг/см2. Драгоценные металлы, используемые в этих электролизных устройствах, имеют очень низкие запасы и производство, что является основным фактором, препятствующим широкому внедрению устройств для производства экологически чистого водорода.

Чтобы улучшить экономику электролиза воды, команда заменила редкие металлы, золото и платину, используемые в качестве защитного слоя для кислородного электрода в устройствах для производства водорода с полимерными электролитными мембранами, на недорогой нитрид железа (Fe2N).

Для этого команда разработала композитный процесс, который сначала равномерно покрывает электрод оксидом железа, имеющим низкую электропроводность, а затем превращает оксид железа в нитрид железа для увеличения его проводимости. Команда также разработала процесс, который равномерно покрывает иридиевый катализатор толщиной около 25 нанометров (нм) поверх защитного слоя нитрида железа, уменьшая количество иридиевого катализатора до менее 0,1 мг/см2, в результате чего получается электрод с высоким производством водорода. эффективность и долговечность.

Разработанный электрод заменяет золото или платину, используемые в качестве защитного слоя кислородгенерирующего электрода, на нитриды недрагоценных металлов, сохраняя при этом характеристики, аналогичные существующим промышленным электролизным установкам, и снижает количество иридиевого катализатора до 10% от существующего уровня. Кроме того, электролизная установка с новыми комплектующими проработала более 100 часов для проверки ее первоначальной стабильности.

Доктор Хён С. Пак