Inžinieri používajú zvukové vlny na 14-násobné zvýšenie produkcie zeleného vodíka.
Zvukové vlny výrazne uľahčujú extrakciu vodíka z vody.
Vedci z University of RMIT v Austrálii vyvinuli jeden inovatívny, sľubný spôsob, ako zvýšiť produkciu zeleného vodíka o faktor 14 – pomocou zvukových vĺn prostredníctvom elektrolýzy na rozdelenie vody.
Podľa inžinierov by ich vynález mohol výrazne znížiť náklady na výrobu zeleného vodíka.
„Jednou z hlavných výziev elektrolýzy sú vysoké náklady na použité materiály elektród, ako je platina alebo irídium,“ uviedol vo vyhlásení docent RMIT Amgad Rezk., kto riadil dielo.
„Vďaka zvukovým vlnám, ktoré výrazne uľahčujú extrakciu vodíka z vody, to eliminuje potrebu korozívnych elektrolytov a drahých elektród, ako je platina a irídium. Pretože voda nie je žieravý elektrolyt, môžeme použiť oveľa lacnejšie elektródové materiály, ako je striebro, vysvetlil Rez.
Výskum bol publikovaný v Advanced Energy Material, a bola podaná austrálska predbežná patentová prihláška na ochranu novej technológie, podľa vydania.
Ako sa elektrolýza používa na výrobu zeleného vodíka?
Elektrina prúdi vodou pomocou dvoch elektród, ktorý rozdeľuje molekuly vody na kyslík a vodík. Tento proces produkuje zelený vodík, ktorý je pre svoju vysokú energetickú náročnosť len „malým zlomkom“ celosvetovej produkcie vodíka.
Ako sa teda vyrába väčšina vodíka? Štiepaním zemného plynu, tiež známy ako modrý vodík. Zemný plyn vypúšťa do atmosféry skleníkové plyny.
Vo svojom experimente inžinieri RMIT použili vysokofrekvenčné vibrácie na „rozdelenie a dobytie“ jednotlivých molekúl vody počas elektrolýzy..
„Elektrický výťažok elektrolýzy so zvukovými vlnami bol cca 14 krát väčšia ako elektrolýza bez nich, pri danom vstupnom napätí. To zodpovedalo množstvu vyrobeného vodíka,“ povedala prvá autorka Yemima Ehrnst.
Prielom je obrovským krokom k použitiu „novej akustickej platformy“
dodal Ernst, že zvukové vlny „tiež zabránili hromadeniu bublín vodíka a kyslíka na elektródach, čo výrazne zlepšilo ich vodivosť a stabilitu“.
„Elektródové materiály používané pri elektrolýze podliehajú akumulácii vodíka a kyslíka, vytvorenie vrstvy plynu, čo minimalizuje činnosť elektród a výrazne znižuje ich účinnosť,“ povedal doktor Ehrnst. vedec na Technickej škole RMIT.
Profesor Leslie Yeo, jeden z popredných vedcov, Povedal, že prelom bol obrovským krokom smerom k využitiu „novej akustickej platformy“ pre iné aplikácie.
„Naša schopnosť potlačiť tvorbu bublín na elektródach a rýchlo ich odstrániť prostredníctvom vysokofrekvenčných vibrácií predstavuje veľký pokrok vo vodivosti a stabilite elektród.. Pomocou našej metódy môžeme potenciálne zlepšiť výkon konverzie, čo vedie k pozitívnej čistej úspore energie o 27 percent", povedal Yeo z RMIT School of Engineering.
Integrácia inovácií v oblasti zvukových vĺn do súčasných elektrolyzérov na rozšírenie prevádzky je však náročná, na ktorých musí tím pracovať.
Abstrakt štúdie:
Predstavuje sa nová stratégia využívajúca hybridné vysokofrekvenčné zvukové vlny (10 MHz) aby sa dramaticky zvýšila reakcia na vývoj vodíka (JA) v notoricky náročných neutrálnych elektrolytoch úpravou ich stavu koordinácie siete. Zohľadňujú sa tu praktické obmedzenia spojené s existujúcou technológiou elektrolyzéra, vrátane potreby vysoko korozívnych elektrolytov a drahých elektrokatalyzátorov, predefinovaním koncepčne chudobných vodíkových elektrokatalyzátorov v neutrálnych elektrolytoch. Zlepšenie výkonu HER sa pripisuje jedinečnej schopnosti intenzívnej lokálnej elektromechanickej väzby vyplývajúcej z akustickej excitácie „zmariť“ tetraedrickú koordinovanú sieť vodíkových väzieb molekúl vody na rozhraní elektróda-elektrolyt., čo vedie k vytvoreniu vysokej koncentrácie "voľných" molekúl vody, ktoré majú ľahší prístup ku katalytickým miestam na nemodifikovanej polykryštalickej elektróde. Spolu s ďalšími synergickými efektmi, ktoré sprevádzajú akustické budenie (napr.. generovanie hydróniových iónov, konvekčná relaxácia obmedzení prenosu hmoty difúzie a zabránenie vytváraniu bublín a ich odstraňovaniu z elektródy), výsledná nadmerná redukcia o 1,4 V at – 100 mA cm-2 a zodpovedajúce 14-násobné zvýšenie prúdovej hustoty, spolu s pozitívnou čistou úsporou energie 27,3%, ukazuje potenciál tejto technológie ako škálovateľnej platformy pre efektívne zvyšovanie efektivity výroby zeleného vodíka.