Ingenieure nutzen Schallwellen, um die Produktion von grünem Wasserstoff um das 14-fache zu steigern.
Schallwellen machen es viel einfacher, Wasserstoff aus Wasser zu extrahieren.
Wissenschaftler der University of RMIT in Australien haben ein innovatives entwickelt, ein vielversprechender Weg, die Produktion von grünem Wasserstoff um den Faktor 14 zu steigern – durch Verwendung von Schallwellen durch Elektrolyse, um Wasser zu spalten.
Laut den Ingenieuren könnte ihre Erfindung die Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff erheblich senken.
„Eine der größten Herausforderungen der Elektrolyse sind die hohen Kosten der verwendeten Elektrodenmaterialien, wie Platin oder Iridium", sagte RMIT Associate Professor Amgad Rezk in einer Erklärung, wer die Arbeit leitete.
„Dank der Schallwellen, die die Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser erheblich erleichtern, Dadurch werden korrosive Elektrolyte und teure Elektroden überflüssig, wie Platin und Iridium. Denn Wasser ist kein ätzender Elektrolyt, wir können viel billigere Elektrodenmaterialien verwenden, wie Silber, Rez erklärte.
Die Forschung wurde in Advanced Energy Material veröffentlicht, und eine vorläufige australische Patentanmeldung wurde eingereicht, um die neue Technologie zu schützen, laut Freigabe.
Wie mit der Elektrolyse grüner Wasserstoff hergestellt wird?
Über zwei Elektroden fließt Strom durch das Wasser, die Wassermoleküle in Sauerstoff und Wasserstoff trennt. Dieser Prozess erzeugt grünen Wasserstoff, das aufgrund seines hohen Energiebedarfs nur einen „kleinen Bruchteil“ der weltweiten Wasserstoffproduktion ausmacht.
Wie wird also der größte Teil des Wasserstoffs hergestellt?? Durch Spaltung von Erdgas, auch bekannt als blauer Wasserstoff. Erdgas gibt Treibhausgase in die Atmosphäre ab.
In ihrem Experiment verwendeten RMIT-Ingenieure hochfrequente Vibrationen, um einzelne Wassermoleküle während der Elektrolyse zu „teilen und zu erobern“..
„Die elektrische Ausbeute der Elektrolyse mit Schallwellen lag bei ca 14 mal größer als die Elektrolyse ohne sie, bei gegebener Eingangsspannung. Das entsprach der Menge an produziertem Wasserstoff“, sagt Erstautorin Yemima Ehrnst.
Der Durchbruch ist ein großer Schritt in Richtung Nutzung einer „neuen akustischen Plattform“
Ernst ergänzt, dass die Schallwellen „auch die Ansammlung von Wasserstoff- und Sauerstoffbläschen an den Elektroden verhinderten, was ihre Leitfähigkeit und Stabilität stark verbesserte“.
„Elektrodenmaterialien, die in der Elektrolyse verwendet werden, unterliegen der Anreicherung von Wasserstoff und Sauerstoff, Bildung einer Gasschicht, was die Aktivität der Elektroden minimiert und deren Effizienz deutlich reduziert“, sagt Dr. Ehrnst. Wissenschaftler an der RMIT School of Engineering.
Professor Leslie Yeo, einer der führenden Wissenschaftler, er sagte, dass der Durchbruch ein großer Schritt war, die „neue akustische Plattform“ auch für andere Anwendungen zu nutzen.
„Unsere Fähigkeit, die Bildung von Blasen an den Elektroden zu unterdrücken und sie schnell durch hochfrequente Vibrationen zu entfernen, stellt einen großen Fortschritt in der Leitfähigkeit und Stabilität von Elektroden dar. Mit unserer Methode können wir die Conversion-Performance potenziell verbessern, was zu einer positiven Nettoenergieeinsparung von o führt 27 Prozent", sagte Yeo von der RMIT School of Engineering.
Die Integration von Schallwellen-Innovationen in aktuelle Elektrolyseure zur Erweiterung des Betriebs ist jedoch eine Herausforderung, an denen das Team arbeiten muss.
Zusammenfassung der Studie:
Eine neuartige Strategie mit hybriden Hochfrequenz-Schallwellen wird vorgestellt (10 MHz) um die Wasserstoffentwicklungsreaktion dramatisch zu verstärken (IHR) in notorisch schwierigen neutralen Elektrolyten, indem sie ihren Gitterkoordinationszustand modifizieren. Hier werden praktische Beschränkungen berücksichtigt, die mit bestehender Elektrolyseurtechnologie verbunden sind, einschließlich des Bedarfs an hochkorrosiven Elektrolyten und teuren Elektrokatalysatoren, durch Neudefinition konzeptionell schlechter Wasserstoffelektrokatalysatoren in neutralen Elektrolyten. Die Verbesserung der HER-Leistung wird der einzigartigen Fähigkeit einer intensiven lokalen elektromechanischen Kopplung zugeschrieben, die aus einer akustischen Anregung resultiert, um das tetraedrisch koordinierte Wasserstoffbindungsnetzwerk von Wassermolekülen an der Elektrode-Elektrolyt-Grenzfläche zu "frustrieren"., was zur Erzeugung einer hohen Konzentration an "freien" Wassermolekülen führt, die einen leichteren Zugang zu den katalytischen Stellen auf der unmodifizierten polykristallinen Elektrode haben. Zusammen mit anderen synergistischen Effekten, die die akustische Anregung begleiten (np. Erzeugung von Hydroniumionen, konvektive Lockerung der Beschränkungen des Diffusionsmassentransfers und Verhinderung des Aufbaus und der Entfernung von Blasen von der Elektrode), die daraus resultierende Überspannungsreduzierung o 1,4 V an – 100 mA cm-2 und eine entsprechende 14-fache Erhöhung der Stromdichte, zusammen mit einer positiven Nettoenergieeinsparung von 27,3%, zeigt das Potenzial dieser Technologie als skalierbare Plattform zur effektiven Steigerung der Effizienz der Produktion von grünem Wasserstoff.
Wissenschaftler der University of RMIT in Australien haben ein innovatives entwickelt, ein vielversprechender Weg, die Produktion von grünem Wasserstoff um den Faktor 14 zu steigern – durch Verwendung von Schallwellen durch Elektrolyse, um Wasser zu spalten.
