Mxene -elektrodenmateriaal is bestand tegen zeewatercorrosie bij waterstofproductie

Een onderzoeksteam heeft een samengestelde katalysator ontwikkeld met behulp van het nieuwe materiaal MXene dat de generatie van chloride -ionen onderdrukt – een van de belangrijkste uitdagingen bij zeewaterelektrolyse. Dit onderzoeksresultaat zal naar verwachting de praktische toepassing van zeewater -elektrolysetechnologie versnellen door stabiele waterstofproductie mogelijk te maken, zelfs in zeewater.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het dagboek ACS nano. De studie werd geleid door Dr. Juchan Yang in het Hydrogen & Battery Materials Center, van de Energy & Environment Materials Research Division van het Korea Institute of Materials Science (KIMS).

Waterstof krijgt aandacht als een milieuvriendelijke energiebron die geen koolstof uitzendt. Conventionele waterelektrolysetechnologieën maken echter voornamelijk gebruik van schoon zoet water, wat leidt tot hoge productiekosten en bezorgdheid geuit over de beschikbaarheid van watervoorraden. Zeewater -elektrolyse, een alternatief dat rechtstreeks zeewater gebruikt, is naar voren gekomen om deze nadelen aan te pakken. Desalniettemin blijft een kritieke uitdaging: chloride (CL⁻) ionen aanwezig in zeewater kunnen gemakkelijk de elektrolyse -elektroden corroderen, waardoor de levensduur van waterstofproductiesystemen aanzienlijk wordt verkort.

Mxene is een tweedimensionaal nanomateriaal bestaande uit metalen en koolstof of stikstof. Het bezit een uitstekende elektrische geleidbaarheid en kan worden gecombineerd met verschillende metaalverbindingen, waardoor het goed geschikt is voor gebruik als elektrodemateriaal. Het heeft echter een opmerkelijke beperking: de hoge reactiviteit met zuurstof en water maakt het vatbaar voor oxidatie, wat zijn stabiliteit en toepassing op lange termijn belemmert.

Om dit probleem aan te pakken, oxideerde het onderzoeksteam opzettelijk de MXene om een ​​stabiele geleidende structuur te vormen en gefabriceerd een elektrode-composietkatalysator door het te combineren met nikkelferriet (NIFE₂O₄), een zuurstofevolutiekatalysator, met behulp van een energiek ballenmalenproces. De resulterende samengestelde katalysator vertoonde ongeveer vijf keer hogere stroomdichtheid en tweemaal de duurzaamheid in vergelijking met conventionele katalysatoren. Bovendien vertoonde het uitstekende afstoting naar chloride -ionen, waardoor elektrodecorrosie effectief werd voorkomen.

Door dit proces bereikte het team een ​​hoge uniformiteit en reproduceerbaarheid, waardoor de basis werd gelegd voor grootschalige productie. Bovendien heeft het team, naast de prestaties van de katalysatorprestaties op laboratoriumschaal, met succes de prestaties van het materiaal in een daadwerkelijke elektrolyse-eenheidscel met succes gevalideerd, wat de praktische toepasbaarheid bevestigde.

Deze technologie is zeer belangrijk omdat het de beperkingen van conventionele op MXene gebaseerde materialen overwint door tegelijkertijd zowel geleidbaarheid als duurzaamheid te waarborgen, waardoor het geschikt is voor toepassing in zeewaterelektrolyse-elektroden. Bovendien, door het ontwikkelen van een krachtige elektrodenmateriaal dat corrosieproblemen bij zeewater-elektrolyse onderdrukt, wordt verwacht dat het de praktische implementatie versnelt en bijdraagt ​​aan de wereldwijde uitbreiding van de infrastructuur van de waterstofproductie.

Dr. Juchan Yang, de hoofdonderzoeker bij Kims, verklaarde: “Deze studie is belangrijk omdat het de kwestie van chloride -ionen in zeewater aanpakt door het nieuwe materiaal MXene te gebruiken.

“We doen actief follow-up demonstratieonderzoek om deze technologie verder te bevorderen naar een duurzame oplossing voor waterstofproductie.”