Nowe rozwiązanie powstało z myślą o elektrolizerach wykorzystujących anionową membranę wymiany, czyli AEMWE. Urządzenia tego typu umożliwiają produkcję wodoru poprzez rozdzielanie cząsteczek wody za pomocą energii elektrycznej w środowisku zasadowym. Technologia jest szczególnie interesująca w kontekście rozwoju gospodarki wodorowej i wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych.
Czytaj też: Samochód napędzany wodorem pobił rekord prędkości. Wystrzelił jak z armaty
Problemem, który od lat ogranicza trwałość części katalizatorów stosowanych w tym procesie, jest stopniowe wypłukiwanie niklu. W tradycyjnych materiałach platyna i nikiel są rozmieszczone w sposób nieuporządkowany. Podczas długotrwałej pracy atomy niklu mogą stopniowo rozpuszczać się w elektrolicie, co prowadzi do zmian właściwości katalizatora i spadku jego wydajności.
Naukowcy postanowili zmienić samą strukturę materiału. Opracowali katalizator PtNi, w którym atomy platyny i niklu są rozmieszczone w ściśle uporządkowany sposób w sieci krystalicznej. Taka organizacja atomów pozwala lepiej stabilizować nikiel i ograniczać jego rozpuszczanie podczas pracy urządzenia. Dalsze badania ujawniły, iż w uporządkowanej strukturze atomy niklu są znacznie silniej stabilizowane. Dzięki temu materiał jest bardziej odporny na degradację, a jego właściwości katalityczne mogą utrzymywać się przez znacznie dłuższy czas. To właśnie trwałość jest jednym z kluczowych wyzwań stojących przed komercjalizacją technologii elektrolizy wody.
Sam katalizator powstawał w kilku etapach. Naukowcy najpierw wykorzystali prekursory platyny i niklu, które poddali redukcji z użyciem borowodorku sodu. Następnie materiał ogrzewali w atmosferze azotu. Wysoka temperatura umożliwiła atomom przeorganizowanie się z początkowo przypadkowego układu w bardziej uporządkowaną strukturę międzymetaliczną.
Tak przygotowany materiał posłużył następnie jako część katody w układzie służącym do produkcji wodoru. Według informacji przedstawionych przez badaczy na łamach Carbon Energy takie rozwiązanie pozwoliło znacząco zwiększyć odporność katalizatora na wypłukiwanie niklu, a jednocześnie zachować jego aktywność potrzebną do wydajnego wytwarzania wodoru.
Czytaj też: Rolls-Royce znalazł paliwo, którego nie trzeba tankować. Sekret 15-procentowej oszczędności
Zdaniem samych zainteresowanych koncepcja porządkowania atomów w katalizatorach mogłaby znaleźć zastosowanie również w innych technologiach elektrochemicznych. W przyszłości podobne rozwiązania powinny sprawdzić się między innymi w ogniwach paliwowych oraz innych układach, w których trwałość i stabilność katalizatora mają kluczowe znaczenie. Nowy materiał nie oznacza oczywiście, że problemy związane z produkcją zielonego wodoru zostały całkowicie rozwiązane. Pokazuje jednak, iż kontrolowanie struktury materiału na poziomie pojedynczych atomów może być skutecznym sposobem na wydłużenie żywotności urządzeń.
Źródło: Carbon Energy
