Ingenieurs gebruiken geluidsgolven om de productie van groene waterstof 14 keer te verhogen.
Geluidsgolven maken het veel gemakkelijker om waterstof uit water te halen.
Wetenschappers van de University of RMIT in Australië hebben een innovatieve ontwikkeld, een kansrijke manier om de productie van groene waterstof met een factor 14 te verhogen – door geluidsgolven te gebruiken door middel van elektrolyse om water te splitsen.
Volgens de ingenieurs kan hun uitvinding de productiekosten van groene waterstof aanzienlijk verlagen.
“Een van de grootste uitdagingen van elektrolyse zijn de hoge kosten van de gebruikte elektrodematerialen, zoals platina of iridium," zei RMIT-universitair hoofddocent Amgad Rezk in een verklaring, die het werk leidde.
"Dankzij de geluidsgolven, die de winning van waterstof uit water aanzienlijk vergemakkelijken, dit elimineert de behoefte aan corrosieve elektrolyten en dure elektroden, zoals platina en iridium. Omdat water geen corrosieve elektrolyt is, we kunnen veel goedkopere elektrodematerialen gebruiken, zoals zilver, Rez uitgelegd.
Het onderzoek is gepubliceerd in Advanced Energy Material, en er werd een Australische voorlopige octrooiaanvraag ingediend om de nieuwe technologie te beschermen, volgens uitgave.
Hoe elektrolyse wordt gebruikt om groene waterstof te produceren?
Elektriciteit stroomt door het water met behulp van twee elektroden, die watermoleculen scheidt in zuurstof en waterstof. Dit proces levert groene waterstof op, die, vanwege de hoge vraag naar energie, slechts een "kleine fractie" is van de wereldwijde waterstofproductie.
Dus hoe wordt de meeste waterstof geproduceerd? Door aardgas te splitsen, ook wel blauwe waterstof genoemd. Aardgas stoot broeikasgassen uit in de atmosfeer.
In hun experiment gebruikten RMIT-ingenieurs hoogfrequente trillingen om individuele watermoleculen te 'verdelen en overwinnen' tijdens elektrolyse.
“De elektrische opbrengst van elektrolyse met geluidsgolven was ca 14 keer groter dan elektrolyse zonder hen, bij een bepaalde ingangsspanning. Dit kwam overeen met de hoeveelheid geproduceerde waterstof”, zegt eerste auteur Yemima Ehrnst.
De doorbraak is een enorme stap in de richting van het gebruik van een "nieuw akoestisch platform"
Ernst toegevoegd, dat de geluidsgolven "ook de opeenhoping van waterstof- en zuurstofbellen op de elektroden verhinderden, wat hun geleidbaarheid en stabiliteit enorm verbeterde”.
“Elektrodematerialen die bij elektrolyse worden gebruikt, zijn onderhevig aan de accumulatie van waterstof en zuurstof, vorming van een gaslaag, wat de activiteit van de elektroden minimaliseert en hun efficiëntie aanzienlijk vermindert, "zei Dr. Ehrnst. wetenschapper aan de RMIT School of Engineering.
Professor Leslie Yeo, een van de vooraanstaande wetenschappers, Hij zei, dat de doorbraak een enorme stap was in de richting van het gebruik van het "nieuwe akoestische platform" voor andere toepassingen.
“Ons vermogen om de vorming van luchtbellen op de elektroden te onderdrukken en ze snel te verwijderen door middel van hoogfrequente trillingen, vertegenwoordigt een grote vooruitgang in de geleidbaarheid en stabiliteit van elektroden.. Met onze methode kunnen we de conversieprestaties mogelijk verbeteren, leidend tot een positieve netto energiebesparing van o 27 procent", zei Yeo van de RMIT School of Engineering.
Het is echter een uitdaging om innovaties op het gebied van geluidsgolven te integreren in de huidige elektrolyzers om de activiteiten op te schalen, waaraan het team moet werken.
Samenvatting van de studie:
Er wordt een nieuwe strategie gepresenteerd waarbij gebruik wordt gemaakt van hybride hoogfrequente geluidsgolven (10 MHz) om de waterstofontwikkelingsreactie drastisch te verbeteren (HAAR) in notoir moeilijke neutrale elektrolyten door hun netcoördinatiestatus te wijzigen. Hierbij wordt rekening gehouden met praktische beperkingen die verband houden met de bestaande elektrolysertechnologie, inclusief de behoefte aan zeer corrosieve elektrolyten en dure elektrokatalysatoren, door conceptueel slechte waterstofelektrokatalysatoren in neutrale elektrolyten te herdefiniëren. De verbetering van de HER-prestaties wordt toegeschreven aan het unieke vermogen van intense lokale elektromechanische koppeling als gevolg van akoestische excitatie om het tetraëdrische gecoördineerde waterstofbindingsnetwerk van watermoleculen aan de elektrode-elektrolytinterface te "frustreren"., wat resulteert in het genereren van een hoge concentratie van "vrije" watermoleculen, die gemakkelijker toegang hebben tot de katalytische plaatsen op de ongewijzigde polykristallijne elektrode. Samen met andere synergetische effecten, die de akoestische excitatie vergezellen (bijv.. vorming van hydroniumionen, convectierelaxatie van diffusie beperkingen voor massaoverdracht en voorkomen van bellenvorming en verwijdering van de elektrode), de resulterende overpotentiaalreductie o 1,4 V bij – 100 mA cm-2 en een overeenkomstige 14-voudige toename in stroomdichtheid, samen met een positieve netto energiebesparing van 27,3%, toont het potentieel van deze technologie als een schaalbaar platform om de efficiëntie van groene waterstofproductie effectief te verhogen.