Ingeniører bruger lydbølger til at øge produktionen af grøn brint 14 gange.
Lydbølger gør det meget lettere at udvinde brint fra vand.
Forskere fra University of RMIT i Australien har udviklet en innovativ, en lovende måde at øge produktionen af grøn brint med en faktor 14 – ved at bruge lydbølger gennem elektrolyse til at spalte vand.
Ifølge ingeniørerne kunne deres opfindelse reducere omkostningerne ved at producere grøn brint markant.
"En af hovedudfordringerne ved elektrolyse er de høje omkostninger ved de anvendte elektrodematerialer, såsom platin eller iridium," sagde lektor fra RMIT Amgad Rezk i en erklæring, der ledede arbejdet.
"Takket være lydbølgerne, som i høj grad letter udvindingen af brint fra vand, dette eliminerer behovet for ætsende elektrolytter og dyre elektroder, såsom platin og iridium. Fordi vand ikke er en ætsende elektrolyt, vi kan bruge meget billigere elektrodematerialer, såsom sølv, Rez forklarede.
Forskningen blev offentliggjort i Advanced Energy Material, og en foreløbig australsk patentansøgning blev indgivet for at beskytte den nye teknologi, ifølge udgivelsen.
Hvordan elektrolyse bruges til at producere grøn brint?
Elektricitet strømmer gennem vandet ved hjælp af to elektroder, som adskiller vandmolekyler i oxygen og brint. Denne proces producerer grøn brint, som på grund af sit høje energibehov kun er en "lille brøkdel" af den globale brintproduktion.
Så hvordan produceres det meste af brinten? Ved at spalte naturgas, også kendt som blå brint. Naturgas udsender drivhusgasser til atmosfæren.
I deres eksperiment brugte RMIT-ingeniører højfrekvente vibrationer til at 'dele og erobre' individuelle vandmolekyler under elektrolyse.
”Det elektriske udbytte af elektrolyse med lydbølger var ca 14 gange større end elektrolyse uden dem, ved en given indgangsspænding. Dette svarede til mængden af produceret brint,” sagde førsteforfatter Yemima Ehrnst.
Gennembruddet er et stort skridt mod brugen af en "ny akustisk platform"
Ernst tilføjede, at lydbølgerne "også forhindrede ophobning af brint- og iltbobler på elektroderne, hvilket i høj grad forbedrede deres ledningsevne og stabilitet".
"Elektrodematerialer, der bruges i elektrolyse, er udsat for ophobning af brint og oxygen, danner et gaslag, hvilket minimerer elektrodernes aktivitet og reducerer deres effektivitet markant,” sagde Dr. Ehrnst. videnskabsmand ved RMIT School of Engineering.
Professor Leslie Yeo, en af de førende videnskabsmænd, Han sagde, at gennembruddet var et kæmpe skridt mod at bruge den "nye akustiske platform" til andre applikationer.
"Vores evne til at undertrykke bobleopbygning på elektroderne og fjerne dem hurtigt gennem højfrekvente vibrationer repræsenterer et stort fremskridt i elektrodernes ledningsevne og stabilitet. Med vores metode kan vi potentielt forbedre konverteringsydelsen, fører til en positiv nettoenergibesparelse på o 27 procent", sagde Yeo fra RMIT School of Engineering.
Det er imidlertid en udfordring at integrere soniske bølge-innovationer i nuværende elektrolysatorer for at opskalere driften, som teamet skal arbejde på.
Resumé af undersøgelsen:
En ny strategi ved brug af hybride højfrekvente lydbølger præsenteres (10 MHz) for dramatisk at øge hydrogenudviklingsreaktionen (HENDE) i notorisk vanskelige neutrale elektrolytter ved at ændre deres netkoordinationstilstand. Her tages der hensyn til praktiske begrænsninger forbundet med eksisterende elektrolyseteknologi, herunder behovet for stærkt ætsende elektrolytter og dyre elektrokatalysatorer, ved at omdefinere konceptuelt dårlige brintelektrokatalysatorer i neutrale elektrolytter. Forbedringen i HER-ydeevne tilskrives den unikke evne af intens lokal elektromekanisk kobling, der er et resultat af akustisk excitation til at "frustrere" det tetraedriske koordinerede hydrogenbindingsnetværk af vandmolekyler ved elektrode-elektrolyt-grænsefladen, hvilket resulterer i dannelsen af en høj koncentration af "frie" vandmolekyler, som har lettere adgang til de katalytiske steder på den umodificerede polykrystallinske elektrode. Sammen med andre synergistiske effekter, der ledsager den akustiske excitation (for eksempel.. dannelse af hydroniumioner, konvektiv afslapning af diffusionsmasseoverførselsbegrænsninger og forebyggelse af bobleopbygning og fjernelse fra elektroden), den resulterende overpotentielle reduktion o 1,4 V kl – 100 mA cm-2 og en tilsvarende 14 gange stigning i strømtætheden, sammen med en positiv netto energibesparelse på 27,3%, viser potentialet i denne teknologi som en skalerbar platform til effektivt at øge effektiviteten af grøn brintproduktion.