Nieuwe elektrochemische watersplitsingsmethode biedt snelle, duurzame methode voor waterstofproductie

Onder leiding van prof. dr. Francesco Ciucci van de Universiteit van Bayreuth heeft een Duits-Chinees onderzoeksteam een ​​nieuwe methode ontwikkeld voor de elektrochemische splitsing van water. Dit versnelt niet alleen de productie van waterstof voor techniek en industrie, maar maakt deze ook duurzamer. De onderzoekers gepubliceerd hun bevindingen binnen Natuur Nanotechnologie.

Waterstof is van cruciaal belang voor de technologie en de industrie vanwege zijn unieke eigenschappen: het is het lichtste chemische element, heeft een extreem hoge energiedichtheid en is een emissievrije brandstof, aangezien water het enige bijproduct van de verbranding is. Dit maakt waterstof een zeer aantrekkelijke schone energiebron. De productie ervan is echter nog steeds extreem energie-intensief.

Waterstof kan worden geproduceerd via elektrochemische watersplitsing, waarbij elektroden in water worden onderworpen aan een elektrische stroom. Energie-efficiënte en duurzame waterstofproductie door middel van elektrochemische watersplitsing met hernieuwbare elektriciteit zou de duurzaamheid van deze energiebron aanzienlijk kunnen verbeteren.

Een van de grootste uitdagingen bij de elektrochemische watersplitsing is de zogenaamde zuurstofevolutiereactie (OER), een trage reactie waarbij watermoleculen worden afgebroken in hun afzonderlijke componenten: zuurstof en waterstof. De OER kan worden versneld door gebruik te maken van edelmetaalkatalysatoren; Deze metalen zijn echter duur en schaars, en het versnellen van de reactie vereist extra energie (ook wel overpotentiaal genoemd).

Deze uitdaging is aangepakt door een onderzoeksteam, bestaande uit leden van verschillende Chinese onderzoeksinstellingen en geleid door Prof. Dr. Ciucci, voorzitter van Electrode Design for Electrochemical Energy Systems aan de Universiteit van Bayreuth. Ze ontwikkelden een innovatieve methode voor elektrochemische watersplitsing.

Deze aanpak maakt gebruik van atomair gedispergeerd iridium als reactieversnellers, en koppelt deze aan dimethylimidazool en kobalt-ijzerhydroxide. De belangrijkste innovatie ligt in de geometrische opstelling van deze componenten, die buiten het vlak zijn geconfigureerd, waardoor de prestaties en efficiëntie worden geoptimaliseerd.

Deze innovatieve aanpak verhoogt de OER-activiteit aanzienlijk en vertoont ook een ultralaag overpotentieel. Bovendien vermindert het het gebruik van edele metalen, omdat alleen individuele iridiumatomen worden gebruikt, en heeft het een positieve invloed op de stabiliteit van de versnellingsreactie.

“Ons onderzoek vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in de ontwikkeling van efficiënte, kosteneffectieve OER-versnelling voor duurzame waterstofproductie. Door de belangrijkste uitdaging van de huidige technologie te overwinnen, hebben onze resultaten het potentieel om de wereldwijde transitie naar schone energieoplossingen te stimuleren”, zegt Ciucci, de senior auteur van het onderzoek.