3-D printede elektroder frigør gassen

Alkalisk vandelektrolyse er blevet udråbt som en vej til at etablere en brintøkonomi ved at konvertere intermitterende vedvarende energier til ren brintbaseret kemisk energi.

Imidlertid, nuværende teknologi har kun opnået lave strømtætheder og spændingseffektiviteter.

For at gøre elektrolyse mere ressourcefuld, et team fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) samarbejdede med University of California, Santa Cruz og to andre institutioner for at udvikle en 3-D-printet elektrode, der mindsker de problemer, der opstår med gasbobler, der genereres i processen.

En nøgle til at få elektrolyse til at opnå højere strømtæthed kommer ned til de gasbobler, der dannes i processen. Boblerne blander sig ofte sammen, jamme og blive fanget, gør det svært for dem at flygte.

"Denne nye elektrode slipper hurtigere af med gasboblerne. Du vil ikke have, at boblerne bliver fanget i materialet; du vil være i stand til at trække dem ud så hurtigt som muligt og bruge dem som brændstofkilde, " sagde LLNL-materialeforsker Cheng Zhu, den ledende LLNL-forfatter til et papir, der vises i Avancerede energimaterialer .

Den unikke 3-D-printede arkitektur af den nye elektrode undertrykte gasboblesammensmeltning, jamming og fældefangst, og resulterede i hurtig boblefrigivelse. Holdet fandt ud af, at den nuværende tæthed var 50 gange bedre end laboratoriestandarden.

Holdet brugte også simuleringer til at finde ud af, hvordan gassen dannes, hvordan den undslipper og den hastighed, hvormed den undslipper. Fordi du ikke kan se denne proces inde i en elektrode, simuleringerne var kritiske i designet.

"Modelleringen hjalp os med at finde ud af den grundlæggende videnskab om de fænomener, vi så ske, " sagde Rongpei Shi, LLNL-materialeforskeren, der udførte simuleringerne. "Elektroderne er ikke gennemsigtige, så du kan ikke se derind og se, hvad der foregår. Den kontrollerede platform og modellering er temmelig hidtil uset for at finde ud af om fysikken, der foregår inde i elektroden."

Arbejdet demonstrerer en ny tilgang til design af 3-D elektroder for at muliggøre hurtig bobletransport og frigivelse for at forbedre den totale elektrodekatalytiske aktivitet ved kommercielt relevante strømtætheder.

"Der har været meget arbejde med den materielle ende af elektrolyse, leder efter elektrodekatalysatormaterialer. Hvad dette hold viste er, at den faktiske arkitektur af komponenterne betyder lige så meget, især ved høje produktionshastigheder, " sagde Brandon Wood, LLNL's associerede programleder for hydrogen og beregningsmæssige energimaterialer i Materials Science Division og en medforfatter af papiret.