Gennemstrømningselektroder gør brint 50 gange hurtigere

Elektrolyse, passerer en strøm gennem vand for at bryde den i gasformigt brint og ilt, kunne være en praktisk måde at gemme overskydende energi fra vind- eller solenergi. Brintet kan opbevares og bruges som brændstof senere, når solen er nede eller vinden er stille.

Desværre, uden en form for overkommelig energilagring som denne, milliarder watt vedvarende energi spildes hvert år.

For at brint skal være løsningen på lagringsproblemet, vandspaltende elektrolyse skulle være meget mere overkommelig og effektiv, sagde Ben Wiley, professor i kemi ved Duke University. Og han og hans team har nogle ideer om, hvordan man opnår det.

Wiley og hans laboratorium testede for nylig tre nye materialer, der kan bruges som en porøs, gennemstrømningselektrode for at forbedre elektrolysens effektivitet. Deres mål var at øge overfladen af ​​elektroden til reaktioner, samtidig undgås at fange de gasbobler, der produceres.

"Den maksimale hastighed, hvormed hydrogen produceres, er begrænset af boblerne, der blokerer elektroden - bogstaveligt talt blokerer vandet for at komme til overfladen og splitte, "Sagde Wiley.

I et papir, der vises 25. maj i Avancerede energimaterialer , de sammenlignede tre forskellige konfigurationer af en porøs elektrode, hvorigennem det alkaliske vand kan strømme, når reaktionen sker.

De fremstillede tre slags gennemstrømningselektroder, hver en 4 millimeter firkant af svampelignende materiale, bare en millimeter tyk. Den ene var lavet af et nikkelskum, den ene var en 'filt' lavet af nikkelmikrofibre, og den tredje var en filt lavet af nikkel-kobber nanotråde.

Pulserende strøm gennem elektroderne i fem minutter, fem minutter fri, de fandt ud af, at filten af ​​nikkelt-kobber-nanotråde oprindeligt producerede brint mere effektivt, fordi det havde et større overfladeareal end de to andre materialer. Men inden for 30 sekunder, dens effektivitet faldt, fordi materialet blev tilstoppet med bobler.

Nikkelskumelektroden var bedst til at lade boblerne slippe ud, men den havde et betydeligt lavere overfladeareal end de to andre elektroder, gør det mindre produktivt.

Den søde plet viste sig at være en filt af nikkel -mikrofiber, der producerede mere brint end nanotrådsfilt, på trods af at have 25 procent mindre overfladeareal til reaktionen.

I løbet af en 100-timers test, mikrofiberfilt producerede brint ved en strømtæthed på 25, 000 milliampere per kvadratcentimeter. Med den hastighed, det ville være 50 gange mere produktivt end de konventionelle alkaliske elektrolysatorer, der i øjeblikket bruges til vandelektrolyse, forskerne beregnet.

Den billigste måde at fremstille industrielle mængder brint på lige nu er ikke ved at splitte vand, men ved at bryde naturgas (metan) fra hinanden med meget varm damp-en energikrævende tilgang, der skaber 9 til 12 tons C02 for hvert ton brint, det giver, Inklusive den energi, der er nødvendig for at skabe damp på 1000 grader Celsius.

Wiley sagde, at kommercielle producenter af vandelektrolysatorer muligvis kan foretage forbedringer i strukturen af ​​deres elektroder baseret på, hvad hans team har lært. Hvis de i høj grad kunne øge brintproduktionshastigheden, omkostningerne ved brint produceret ved spaltning af vand kan falde, måske endda nok til at gøre det til en overkommelig opbevaringsløsning til vedvarende energi.

Han arbejder også med en gruppe studerende i Duke's Bass Connections-programmet, der undersøger, om gennemstrømningselektrolyse kan skaleres op for at lave brint fra Indiens rigelige solenergi.