Команда Корейского института энергетических исследований (KIER) под руководством доктора Кюн-Су Кана и доктора Хён-Джуна Ли создала электроды для электролиза воды на основе никеля и кобальта. Работа опубликована в журнале Advanced Science.

Электролиз воды - экологичный способ получения водорода путём разложения воды под действием электричества. Щелочной электролиз (разложение в щелочной среде) удобен для крупного производства из-за относительно недорогого оборудования. Но скорость выделения водорода в щелочных условиях более чем в 100 раз ниже, чем в кислых, поэтому для ускорения реакции используют дорогие катализаторы - платину или рутений. Их цена (около 58 и 54 долларов за грамм соответственно) затрудняет массовое производство.

Новый электрод объединяет на поверхности два компонента: оксид никеля, ускоряющий разложение воды (ключевую стадию процесса), и сплав никеля с кобальтом, способствующий выделению водорода. Такая структура, называемая гетероструктурой (то есть состоящей из разных материалов, соединённых вместе), позволила ускорить реакцию.

Лабораторные испытания показали: новый электрод обеспечивает такую же скорость производства водорода, как платиновый, но требует примерно 40% перенапряжения - дополнительного напряжения, необходимого для запуска реакции. Это один из лучших результатов среди неблагородных электродов за последние три года. Стоимость материалов нового электрода - около 0,02 доллара за грамм никеля и 0,05 доллара за грамм кобальта, что на 99% дешевле платины и рутения.

Технологию проверили и за пределами лаборатории. Ячейка диаметром 8,7 см с новым электродом показала напряжение на 11% ниже, чем у стандартной никелевой ячейки. После 600 циклов включения и выключения производительность осталась стабильной, что важно для работы с прерывистыми возобновляемыми источниками энергии, например солнцем или ветром.

"Наше исследование доказывает, что электроды без драгоценных металлов могут достигать мирового уровня эффективности и долговечности в щелочном электролизе воды. Это позволит снизить зависимость от импорта материалов и в перспективе уменьшить стоимость зелёного водорода", - отметил доктор Кан. Его коллега доктор Ли добавил, что учёные уже изготовили электроды диаметром 40 см, подтвердив возможность масштабирования, и сейчас оптимизируют процесс для массового производства. В планах - увеличить площадь электродов до 5000 квадратных сантиметров для использования в мегаваттных электролизных системах.

Источник: Tech Xplore