Дослідницька група під керівництвом професора Чень Чанлуня з Хефейського інституту фізичних наук Китайської академії наук розробила вдосконалені біполярні електроди з гідроксиду нікелю, легованого кобальтом, і каталізатори на основі неблагородних металів, які значно підвищили ефективність і стабільність двоетапного електролізу води для виробництва водню.
Результати були опубліковані в журналах Chemical Engineering Journal і Journal of Colloid and Interface Science.
Традиційні лужні електролізери стикаються з проблемами, такими як невідповідність коливним поновлюваним джерелам енергії та змішування водню і кисню під високим тиском, що обмежує їх застосування. Двоступеневий електроліз води долає ці проблеми, розділяючи виробництво водню і кисню в часі та просторі за допомогою біполярного електрода, усуваючи необхідність у дорогому мембранному сепараторі.
Ключовим моментом є розробка високопродуктивних біполярних електродних матеріалів та ефективних конструкцій комірок. Зазвичай використовувані нікель-гідроксидні електроди мають обмеження щодо електричної буферної ємності та стабільності заряду/розряду.
Дослідники використовували однокроковий метод електроосадження для виготовлення гнучких біполярних електродів з гідроксиду нікелю, легованих кобальтом, на вуглецевій тканині. Легування кобальтом покращило провідність і продуктивність електронного зберігання, а також запобігло паразитному утворенню кисню під час виробництва водню.
Вони також розробили неблагородні металеві каталізатори, включно з легованим молібденом нікель-кобальтовим фосфідом і плазменно-індукованими залізо-оксидними композитними біфункціональними електродами, що показали високу міцність і активність. Ці електроди давали змогу виробляти водень і кисень у різний час і в різних місцях, перемикаючи напрямок струму, що призводило до низької напруги осередку, високої ефективності розв’язки і високої ефективності перетворення енергії.
Для вдосконалення шаруватих подвійних гідроксидних (СДГ) електродів, які страждають від обмеженої ємності та поганої провідності/стабільності, дослідники використали технологію нетермічної плазми для виготовлення легованих азотом нікель-кобальтових СДГ та легованих азотом відновлених оксидів графену/нікель-кобальтових СДГ, що значно покращило ємність та провідність.
Двоступеневий електроліз води обіцяє бути перспективним для великомасштабного зберігання водню і таких додатків, як базові станції 5G і центри обробки даних. «Наші показники ефективності двоступеневого електролізу води для виробництва водню синхронізовані з передовими показниками в усьому світі, що є важливим кроком на шляху до промислової експлуатації», — сказав професор Чень Чанлун.
