Billigere brintproduktion

Elektrolytisk brintproduktion drevet af vedvarende energi ses som et miljøvenligt middel til at afhjælpe globale klima- og energiproblemer. I journalen Angewandte Chemie , et forskerhold har nu introduceret et nyt og billigt materiale til elektroder, der kan give højeffektive, energibesparende brintproduktion:porøs, phosphoriseret CoNi ₂ S ₄ æggeblomme-skal nanosfærer.

Begge halvreaktioner af vandelektrolyse - brint- og iltudvikling - er desværre langsomme og kræver meget strøm. Katalytisk effektive elektroder, især dem, der er baseret på ædle metaller, kan accelerere de elektrokemiske processer og forbedre deres energieffektivitet. Imidlertid, deres anvendelse i stor skala hæmmes af høje omkostninger, begrænset overflod, og lav stabilitet. Alternativer baseret på rigelige, billige metaller fungerer normalt ikke tilfredsstillende for begge halvreaktioner.

Et team ledet af Shuyan Gao (Henan Normal University, Kina) og Xiong Wen (David) Lou (Nanyang Teknologiske Universitet, Singapore) har nu udviklet en roman, billig, multifunktionelt elektrodemateriale baseret på kobolt (Co) og nikkel (Ni) til effektiv elektrokatalytisk brintproduktion. For at lave materialet, nanosfærer lavet af kobolt-nikkel-glycerat udsættes for kombineret hydrotermisk sulfidering og gasfase-phosphorisering. Dette danner genstande kaldet blommeskal nanopartikler lavet af phosphor-doteret kobolt-nikkel-sulfid (P-CoNi ₂ S ₄ ). Disse er bittesmå kugler med en kompakt kerne og en porøs skal med et mellemrum imellem - meget ligesom et æg, hvis blomme er omgivet af æggehviden og derfor ikke rører skallen.

Fosfordoping øger andelen af ​​Ni ³⁺ i forhold til Ni ²⁺ i de hule partikler og giver mulighed for hurtigere ladningsoverførsel, får de elektrokatalytiske reaktioner til at løbe hurtigere. Materialet kan bruges som enten en anode eller en katode, og demonstrerer høj aktivitet og stabilitet i produktionen af ​​brint og oxygen i elektrolyse af vand.

For at reducere den samlede spænding af elektrolysecellen, hybrid elektrolyse koncepter bliver også forsket i. For eksempel, i stedet for at være koblet til produktionen af ​​ilt, brintproduktion kan være koblet til oxidation af urinstof, som kræver væsentligt mindre energi. Kilder til urinstof kan omfatte affaldsstrømme fra industrielle synteser samt sanitært spildevand. De nye nanopartikler er også meget nyttige til denne halvreaktion.

Både vand- og urinstofelektrolyse kræver forholdsvis lav cellespænding (1.544 V eller 1.402 V, henholdsvis, ved 10 mA cm ^–2 over 100 timer). Dette gør de nye bimetalliske blommeskalpartikler overlegne i forhold til de fleste kendte nikkel-sulfid- og endda ædelmetal-baserede elektrokatalysatorer. De præsenterer en lovende tilgang til elektrokemisk brintproduktion, samt til behandling af urinstofholdigt spildevand.