Ingeniører bruker lydbølger for å øke produksjonen av grønt hydrogen 14 ganger.
Lydbølger gjør det mye lettere å utvinne hydrogen fra vann.
Forskere fra University of RMIT i Australia har utviklet en nyskapende, en lovende måte å øke produksjonen av grønt hydrogen med en faktor på 14 – ved å bruke lydbølger gjennom elektrolyse for å spalte vann.
Ifølge ingeniørene kan oppfinnelsen redusere kostnadene ved å produsere grønt hydrogen betydelig.
"En av hovedutfordringene ved elektrolyse er de høye kostnadene for elektrodematerialene som brukes, som platina eller iridium," sa RMIT førsteamanuensis Amgad Rezk i en uttalelse, som ledet arbeidet.
"Takket være lydbølgene, som i stor grad letter utvinning av hydrogen fra vann, dette eliminerer behovet for etsende elektrolytter og dyre elektroder, som platina og iridium. Fordi vann ikke er en etsende elektrolytt, vi kan bruke mye billigere elektrodematerialer, som sølv, Rez forklarte.
Forskningen ble publisert i Advanced Energy Material, og en foreløpig australsk patentsøknad ble sendt inn for å beskytte den nye teknologien, ifølge utgivelsen.
Hvordan elektrolyse brukes til å produsere grønt hydrogen?
Elektrisitet strømmer gjennom vannet ved hjelp av to elektroder, som skiller vannmolekyler til oksygen og hydrogen. Denne prosessen produserer grønt hydrogen, som på grunn av det høye energibehovet bare er en «liten brøkdel» av den globale hydrogenproduksjonen.
Så hvordan produseres mesteparten av hydrogenet? Ved å splitte naturgass, også kjent som blått hydrogen. Naturgass slipper ut klimagasser til atmosfæren.
I eksperimentet deres brukte RMIT-ingeniører høyfrekvente vibrasjoner for å "dele og erobre" individuelle vannmolekyler under elektrolyse.
«Det elektriske utbyttet av elektrolyse med lydbølger var ca 14 ganger større enn elektrolyse uten dem, ved en gitt inngangsspenning. Dette tilsvarte mengden produsert hydrogen, sa førsteforfatter Yemima Ehrnst.
Gjennombruddet er et stort skritt mot bruken av en "ny akustisk plattform"
Ernst la til, at lydbølgene «også forhindret akkumulering av hydrogen- og oksygenbobler på elektrodene, som i stor grad forbedret deres ledningsevne og stabilitet".
"Elektrodematerialer som brukes i elektrolyse er utsatt for akkumulering av hydrogen og oksygen, danner et lag med gass, som minimerer aktiviteten til elektrodene og reduserer deres effektivitet betydelig, sier Dr. Ehrnst. forsker ved RMIT School of Engineering.
Professor Leslie Yeo, en av de ledende forskerne, Han sa, at gjennombruddet var et stort skritt mot å bruke den «nye akustiske plattformen» til andre applikasjoner.
"Vår evne til å undertrykke bobleoppbygging på elektrodene og fjerne dem raskt gjennom høyfrekvente vibrasjoner representerer et stort fremskritt i ledningsevnen og stabiliteten til elektrodene. Med metoden vår kan vi potensielt forbedre konverteringsytelsen, fører til en positiv netto energisparing på o 27 prosent", sa Yeo fra RMIT School of Engineering.
Det er imidlertid utfordrende å integrere soniske bølgeinnovasjoner i nåværende elektrolysatorer for å oppskalere operasjoner, som teamet skal jobbe med.
Abstrakt av studien:
En ny strategi ved bruk av hybride høyfrekvente lydbølger presenteres (10 MHz) for å dramatisk forbedre hydrogenutviklingsreaksjonen (HENNE) i notorisk vanskelige nøytrale elektrolytter ved å modifisere deres nettkoordinasjonstilstand. Her vurderes praktiske begrensninger knyttet til eksisterende elektrolysørteknologi, inkludert behovet for svært etsende elektrolytter og dyre elektrokatalysatorer, ved å redefinere konseptuelt dårlige hydrogenelektrokatalysatorer i nøytrale elektrolytter. Forbedringen i HER-ytelse tilskrives den unike evnen til intens lokal elektromekanisk kobling som følge av akustisk eksitasjon for å "frustrere" det tetraedriske koordinerte hydrogenbindingsnettverket av vannmolekyler ved elektrode-elektrolyttgrensesnittet, som resulterer i generering av en høy konsentrasjon av "frie" vannmolekyler, som har lettere tilgang til de katalytiske stedene på den umodifiserte polykrystallinske elektroden. Sammen med andre synergistiske effekter, som følger med den akustiske eksitasjonen (f.eks.. generering av hydroniumioner, konvektiv relaksering av diffusjonsmasseoverføringsbegrensninger og forebygging av bobleoppbygging og fjerning fra elektroden), den resulterende overpotensialreduksjonen o 1,4 V kl – 100 mA cm-2 og en tilsvarende 14 ganger økning i strømtetthet, sammen med en positiv netto energisparing på 27,3%, viser potensialet til denne teknologien som en skalerbar plattform for å effektivt øke effektiviteten av grønn hydrogenproduksjon.