Nieuw composietmateriaal om groene waterstof te maken

Onderzoekers van de Universiteit Twente ontwikkelden een nieuw composietmateriaal dat één tot twee ordes van grootte beter presteert dan de afzonderlijke verbindingen. De composiet bestaat uit verschillende aardse elementen die mogelijk kunnen worden gebruikt voor efficiënte waterstofopwekking zonder zeldzame en edele metalen zoals platina. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift ACS Nano.

Groene waterstof wordt gezien als de energiedrager van de toekomst. Waterstof biedt in feite een manier om (groene) energie langdurig op te slaan. Dit maakt het extra belangrijk om het zo efficiënt mogelijk te produceren. Elektrolyse van water is een van de meest duurzame methoden om groene waterstof te produceren. Met de huidige elektrolysemethoden hebben we echter veel zeldzame en dure materialen nodig, of het proces is niet efficiënt genoeg.

“Momenteel bevatten de meest efficiënte electrolyzers platina en iridium, die nodig zijn voor de elektroden waarop het waterstof- en zuurstofgas uit water worden geproduceerd. Platina en vooral iridium zijn echter te zeldzaam. Daarom zijn we constant op zoek naar elektrodematerialen gemaakt van meer overvloedige bronnen die ook kunnen worden gebruikt als efficiënte en stabiele elektrokatalysatoren”, legt UT-onderzoeker Chris Baeumer uit. De onderzoeker en zijn team vonden precies wat ze zochten in een nieuw materiaal, een verbinding die vijf verschillende overgangsmetalen bevat.

Afzonderlijk zijn de vijf overgangsmetalen slechts matig actief als katalysator. De onderzoekers ontdekten echter dat de gecombineerde activiteit de afzonderlijke verbindingen met een factor tot 680 overtreft. De hogere activiteit komt als een verrassing, legt Baeumer uit.

“We hadden verwacht dat de stabiliteit in vergelijking met traditionele composieten zou verbeteren, maar toen we begonnen met testen bleek al snel dat de activiteit ook veel hoger was. In samenwerking met onze partners uit Karlsruhe (Duitsland) en Berkeley (VS) ontdekten we dat de individuele overgangsmetalen kunnen elkaar ‘helpen’ om het gecombineerde materiaal beter te maken dan de som der delen in een zogenaamd synergie-effect.”

Deze nieuwe bevindingen betekenen niet dat we direct alle elektroden kunnen vervangen door dit nieuwe materiaal. Het combineren van de vijf verschillende materialen is complex en de activiteit is tot nu toe alleen getest in een laboratoriumomgeving.

“We vergelijken een nieuw ontdekte composiet met materialen die zijn geoptimaliseerd voor grootschalige productie, wat betekent dat ons nieuwe materiaal nog op industriële schaal moet worden getest. Met wat aanpassingen en verder onderzoek heeft deze combinatie van overgangsmetalen echter het potentieel beter presteren dan de momenteel beschikbare alternatieven”, legt UT-postdoc Shu Ni uit, die deze toekomstige ontwikkelingen voor materiaaloptimalisatie leidt.