Udvikling af omkostningseffektiv elektrokatalysator til brintproduktion

Nøglen til at fremme brintøkonomien repræsenteret af brintbiler er at producere brint til elproduktion til en overkommelig pris. Brintproduktionsmetoder omfatter opsamling af biprodukt brint, reformering af fossilt brændsel, og elektrolyse af vand. Især vandelektrolyse er en miljøvenlig metode til fremstilling af brint, hvor brugen af ​​en katalysator er den vigtigste faktor for at bestemme effektiviteten og priskonkurrenceevnen. Imidlertid, vandelektrolyseanordninger kræver en platin (Pt) katalysator, som udviser enestående ydeevne, når det kommer til at fremskynde hydrogengenereringsreaktionen og forbedre langtidsholdbarheden, men er høj i omkostningerne, gør det mindre konkurrencedygtigt sammenlignet med andre metoder prismæssigt.

Der er vandelektrolyseanordninger, der varierer med hensyn til den elektrolyt, der opløses i vand og tillader strøm at flyde. En enhed, der bruger en protonudvekslingsmembran (PEM), for eksempel, udviser en høj hastighed af hydrogengenereringsreaktion, selv ved brug af en katalysator fremstillet af et overgangsmetal i stedet for en dyr Pt-baseret katalysator. Af denne grund, der har været meget forskning i teknologien til kommercialiseringsformål. Mens forskning har været fokuseret på at opnå høj reaktionsaktivitet, forskning i at øge holdbarheden af ​​overgangsmetaller, der let korroderer i et elektrokemisk miljø, er blevet relativt negligeret.

Korea Institute of Science and Technology (KIST) annoncerede, at et team ledet af Dr. Sung-Jong Yoo fra Center for Hydrogen-Fuel Cell Research udviklede en katalysator lavet af et overgangsmetal med langsigtet stabilitet, der kunne forbedre effektiviteten af ​​brintproduktionen uden brug af platin ved at overvinde holdbarhedsproblemet med ikke-platinkatalysatorer.

Forskerholdet injicerede en lille mængde titanium (Ti) i molybdænphosphid (MoP), et billigt overgangsmetal, gennem en spraypyrolyseproces. Fordi det er billigt og relativt nemt at håndtere, molybdæn bruges som en katalysator til energiomdannelse og lagringsenheder, men dens svaghed omfatter det faktum, at den let korroderer, da den er sårbar over for oxidation.

I tilfældet med katalysatoren udviklet af forskerholdet på KIST, det blev fundet, at den elektroniske struktur af hvert materiale blev fuldstændig omstruktureret under synteseprocessen, og det resulterede i samme niveau af hydrogenudviklingsreaktion (HER) aktivitet som platinkatalysatoren. Ændringerne i den elektroniske struktur adresserede spørgsmålet om høj korrosivitet, derved forbedrer holdbarheden 26 gange sammenlignet med eksisterende overgangsmetalbaserede katalysatorer. Dette forventes i høj grad at fremskynde kommercialiseringen af ​​ikke-platinkatalysatorer.

Dr. Yoo fra KIST sagde, "Denne undersøgelse er væsentlig, fordi den forbedrede stabiliteten af ​​et overgangsmetalkatalysatorbaseret vandelektrolysesystem, hvilket havde været dens største begrænsning. Jeg håber, at denne undersøgelse, som øgede hydrogenudviklingsreaktionseffektiviteten af ​​overgangsmetalkatalysatoren til niveauet for platinkatalysatorer og samtidig forbedret stabiliteten vil bidrage til tidligere kommercialisering af miljøvenlig brintenergiproduktionsteknologi."