Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Berlin, HZB, IMTEK (Đại học Freiburg) và Siemens Energy đã thành công trong việc phát triển một thiết bị điện phân màng kiềm có hiệu suất gần bằng các thiết bị điện phân PEM hiện có . Đặc điểm chính: chất xúc tác ở cực dương bao gồm các hợp chất niken rẻ tiền thay vì iridi. Tại BESSY II, nhóm nghiên cứu đã có thể làm sáng tỏ chi tiết các quá trình xúc tác. Các tế bào nguyên mẫu đã được chế tạo tại Freiburg bằng quy trình phủ mới và được thử nghiệm trong thực tế.
Hydro được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống năng lượng trong tương lai, là phương tiện lưu trữ năng lượng, nhiên liệu và nguyên liệu thô có giá trị cho ngành công nghiệp hóa chất. Hydro có thể được sản xuất theo cách gần như trung hòa với khí hậu thông qua quá trình điện phân nước, miễn là quá trình này được thực hiện bằng điện từ mặt trời hoặc gió. Sự phát triển của nền kinh tế hydro xanh hiện nay phần lớn được xác định bởi hai hệ thống: điện phân màng dẫn proton (PEM) và điện phân kiềm cổ điển. Máy điện phân AEM kết hợp những ưu điểm của cả hai hệ thống và không yêu cầu các kim loại quý hiếm như iridi.
Hiện nay, các nhóm nghiên cứu từ TU Berlin và HZB, cùng với Viện Kỹ thuật vi hệ thống (IMTEK) tại Đại học Freiburg và Siemens Energy, đã lần đầu tiên trình làng một thiết bị điện phân có khả năng sản xuất hydro hiệu quả gần bằng thiết bị điện phân PEM. Thay vì iridi, họ sử dụng hợp chất niken hydroxit kép với sắt, coban hoặc mangan và phát triển một quy trình để phủ trực tiếp chúng lên màng trao đổi ion kiềm.
Trong quá trình điện phân trong pin, họ có thể thực hiện các phép đo hoạt động tại nguồn tia X Berlin BESSY II tại trạm cuối LIXEdrom. Một nhóm nghiên cứu lý thuyết từ Singapore và Hoa Kỳ đã giúp giải thích dữ liệu thực nghiệm. "Điều này cho phép chúng tôi làm sáng tỏ các quá trình xúc tác-hóa học có liên quan trên màng phủ chất xúc tác, đặc biệt là quá trình chuyển pha từ pha alpha không hoạt động xúc tác sang pha gamma có hoạt tính cao và vai trò của các phối tử O khác nhau và các trung tâm Ni4+ trong xúc tác", Giáo sư Peter Strasser, TU Berlin giải thích. "Chính pha gamma này khiến chất xúc tác của chúng tôi có khả năng cạnh tranh với các chất xúc tác iridi hiện đại. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy những điểm tương đồng quan trọng với iridi trong cơ chế xúc tác, nhưng cũng cho thấy những khác biệt hoàn toàn đáng ngạc nhiên về mặt phân tử."
Nghiên cứu này đã mở rộng đáng kể sự hiểu biết về cơ chế xúc tác cơ bản của vật liệu điện cực gốc niken mới. Ngoài ra, quy trình phủ điện cực màng mới được phát triển hứa hẹn khả năng mở rộng rất tốt. Chiếc pin nhỏ đầu tiên có đầy đủ chức năng đã được thử nghiệm tại IMTEK. Do đó, công trình này đặt nền tảng cho việc đánh giá công nghiệp và chứng minh rằng máy điện phân nước AEM cũng có thể có hiệu suất cao.
xuất bản ban đầu
Máy điện phân nước màng trao đổi anion hiệu suất cao sử dụng màng phủ chất xúc tác NiX (X = Fe,Co,Mn) với các phối tử Ni–O hoạt động khử oxy hóa
M. Klingenhof, H. Trzesniowski, S. Koch, J. Zhu, Z. Zeng, L. Metzler, A. Klinger, M. Elshamy, F. Lehmann, PW Buchheister, A. Weisser, G. Schmid, S. Vierrath, F. Dionigi & P. Strasser
DOI: 10.1038 / s41929-024-01238-w
Nền
Việc khai thác niken và iridi có tác động tiêu cực đáng kể đến môi trường. Đặc biệt, rừng đang bị phá, đất đang bị sử dụng cạn kiệt, nước mặt và nước ngầm đang bị ô nhiễm nặng nề. Ngoài ra, quá trình khai thác còn đẩy nhanh quá trình gia tăng carbon dioxide: tùy thuộc vào quy trình, cứ một tấn niken thải ra từ 15 đến 35 tấn CO2.
Niken được chiết xuất trực tiếp từ quặng tương ứng làm sản phẩm chính. Iridium là một trong những nguyên tố đất hiếm; Nó chủ yếu được chiết xuất như một sản phẩm phụ từ quặng niken, bạch kim và đồng. Các khu vực khai thác iridi quan trọng nhất là Nam Phi, Nga, Canada, Hoa Kỳ, Alaska, Myanmar, Úc và Brazil. Sản lượng iridi toàn cầu tương đối thấp, chỉ khoảng mười triệu tấn trên toàn thế giới.
Đọc thêm
Mercedes-Benz mở nhà máy tái chế pin đầu tiên | Pugnalom
SENS eRecycling và Batrec hợp tác tái chế thuốc lá điện tử | Pugnalom
Pingback: Hydro: Nhiên liệu cho ngành hàng không thân thiện hơn với môi trường | Pugnalom