Ontwikkeling van kostenefficiënte elektrokatalysator voor waterstofproductie

De sleutel tot het bevorderen van de waterstofeconomie, vertegenwoordigd door waterstofvoertuigen, is het produceren van waterstof voor elektriciteitsopwekking tegen een betaalbare prijs. Waterstofproductiemethoden omvatten het opvangen van bijproduct waterstof, het reformeren van fossiele brandstof en het elektrolyseren van water. Vooral waterelektrolyse is een milieuvriendelijke methode om waterstof te produceren, waarbij het gebruik van een katalysator de belangrijkste factor is voor het bepalen van de efficiëntie en prijsconcurrentie. Waterelektrolyse-apparaten hebben echter een platina (Pt) -katalysator nodig, die ongeëvenaarde prestaties vertoont als het gaat om het versnellen van de waterstofgeneratiereactie en het verbeteren van de duurzaamheid op lange termijn, maar de kosten zijn hoog, waardoor het minder concurrerend is in vergelijking met andere methoden qua prijs .

Er zijn waterelektrolyse-apparaten die variëren in termen van de elektrolyt die in water oplost en stroom laat stromen. Een apparaat dat een protonenuitwisselingsmembraan (PEM) gebruikt, vertoont bijvoorbeeld een hoge reactiesnelheid van waterstof, zelfs met het gebruik van een katalysator gemaakt van een overgangsmetaal in plaats van een dure op Pt gebaseerde katalysator. Om deze reden is er veel onderzoek gedaan naar de technologie voor commercialiseringsdoeleinden. Terwijl het onderzoek was gericht op het bereiken van een hoge reactieactiviteit, is onderzoek naar het vergroten van de duurzaamheid van overgangsmetalen die gemakkelijk corroderen in een elektrochemische omgeving relatief verwaarloosd.

Het Korea Institute of Science and Technology (KIST) heeft aangekondigd dat een team onder leiding van Dr. zonder het gebruik van platina door het duurzaamheidsprobleem van niet-platina katalysatoren te overwinnen.

Het onderzoeksteam injecteerde een kleine hoeveelheid titanium (Ti) in molybdeenfosfide (MoP), een goedkoop overgangsmetaal, door middel van een sproeipyrolyseproces. Omdat het goedkoop en relatief gemakkelijk te hanteren is, wordt molybdeen gebruikt als katalysator voor energieomzettings- en opslagapparaten, maar het zwakke punt omvat het feit dat het gemakkelijk corrodeert omdat het kwetsbaar is voor oxidatie.

In het geval van de katalysator ontwikkeld door het onderzoeksteam van KIST, werd vastgesteld dat de elektronische structuur van elk materiaal volledig geherstructureerd werd tijdens het syntheseproces, en dit resulteerde in hetzelfde niveau van waterstofevolutiereactie (HER) -activiteit als het platina katalysator. De veranderingen in de elektronische structuur pakten het probleem van de hoge corrosiviteit aan, waardoor de duurzaamheid 26 keer werd verbeterd in vergelijking met bestaande katalysatoren op basis van transitiemetalen. Dit zal naar verwachting de commercialisering van niet-platinakatalysatoren aanzienlijk versnellen.

Dr. Yoo van KIST zei: “Deze studie is significant omdat het de stabiliteit verbeterde van een op een overgangsmetaal op katalysator gebaseerd waterelektrolyse-systeem, wat de grootste beperking was geweest. Ik hoop dat deze studie, die de waterstofevolutie-reactie-efficiëntie van de overgangsmetaalkatalysator naar het niveau van platinakatalysatoren en tegelijkertijd de stabiliteit verbeteren, zal bijdragen tot een eerdere commercialisering van milieuvriendelijke waterstofenergieproductietechnologie. ”