Ingenjörer använder ljudvågor för att öka produktionen av grönt väte 14 gånger.
Ljudvågor gör det mycket lättare att utvinna väte ur vatten.
Forskare från University of RMIT i Australien har utvecklat en innovativ, ett lovande sätt att öka produktionen av grönt väte med en faktor 14 – genom att använda ljudvågor genom elektrolys för att klyva vatten.
Enligt ingenjörerna skulle deras uppfinning kunna minska kostnaden för att producera grönt väte avsevärt.
"En av de största utmaningarna med elektrolys är den höga kostnaden för elektrodmaterialen som används, såsom platina eller iridium," sa RMIT docent Amgad Rezk i ett uttalande, som ledde arbetet.
"Tack vare ljudvågorna, vilket i hög grad underlättar utvinningen av väte från vatten, detta eliminerar behovet av korrosiva elektrolyter och dyra elektroder, såsom platina och iridium. Eftersom vatten inte är en frätande elektrolyt, vi kan använda mycket billigare elektrodmaterial, som silver, Rez förklarade.
Forskningen publicerades i Advanced Energy Material, och en australisk provisorisk patentansökan lämnades in för att skydda den nya teknologin, enligt release.
Hur elektrolys används för att producera grönt väte?
El strömmar genom vattnet med hjälp av två elektroder, som separerar vattenmolekyler till syre och väte. Denna process producerar grönt väte, som på grund av sitt höga energibehov bara är en "liten bråkdel" av den globala väteproduktionen.
Så hur produceras det mesta av vätet? Genom att klyva naturgas, även känd som blått väte. Naturgas släpper ut växthusgaser i atmosfären.
I sitt experiment använde RMIT-ingenjörer högfrekventa vibrationer för att "dela och erövra" enskilda vattenmolekyler under elektrolys.
”Det elektriska utbytet av elektrolys med ljudvågor var ca 14 gånger större än elektrolys utan dem, vid en given inspänning. Detta motsvarade mängden väte som producerades”, sa förstaförfattaren Yemima Ehrnst.
Genombrottet är ett stort steg mot användningen av en "ny akustisk plattform"
tillade Ernst, att ljudvågorna "även förhindrade ansamling av väte- och syrebubblor på elektroderna, vilket avsevärt förbättrade deras ledningsförmåga och stabilitet".
"Elektrodmaterial som används vid elektrolys är föremål för ackumulering av väte och syre, bildar ett lager av gas, vilket minimerar elektrodernas aktivitet och avsevärt minskar deras effektivitet”, säger Dr. Ehrnst. forskare vid RMIT School of Engineering.
Professor Leslie Yeo, en av de ledande forskarna, Han sa, att genombrottet var ett stort steg mot att använda den "nya akustiska plattformen" för andra applikationer.
"Vår förmåga att undertrycka bubbeluppbyggnad på elektroderna och ta bort dem snabbt genom högfrekventa vibrationer representerar ett stort framsteg i elektrodernas konduktivitet och stabilitet. Med vår metod kan vi potentiellt förbättra konverteringsprestanda, leder till en positiv nettoenergibesparing på o 27 procent”, sa Yeo från RMIT School of Engineering.
Det är dock en utmaning att integrera ljudvågsinnovationer i nuvarande elektrolysörer för att skala upp verksamheten, som teamet ska arbeta med.
Sammanfattning av studien:
En ny strategi som använder hybrid högfrekventa ljudvågor presenteras (10 MHz) för att dramatiskt förbättra väteutvecklingsreaktionen (HENNE) i notoriskt svåra neutrala elektrolyter genom att modifiera deras nätkoordinationstillstånd. Här beaktas praktiska begränsningar förknippade med befintlig elektrolyserteknik, inklusive behovet av mycket korrosiva elektrolyter och dyra elektrokatalysatorer, genom att omdefiniera begreppsmässigt dåliga väteelektrokatalysatorer i neutrala elektrolyter. Förbättringen av HER-prestanda tillskrivs den unika förmågan hos intensiv lokal elektromekanisk koppling som är ett resultat av akustisk excitation för att "frustrera" det tetraedriska koordinerade vätebindningsnätverket av vattenmolekyler vid elektrod-elektrolytgränssnittet, vilket resulterar i generering av en hög koncentration av "fria" vattenmolekyler, som har lättare tillgång till de katalytiska platserna på den omodifierade polykristallina elektroden. Tillsammans med andra synergistiska effekter, som åtföljer den akustiska excitationen (t.ex.. generering av hydroniumjoner, konvektiv relaxation av diffusionsmassöverföringsbegränsningar och förhindrande av bubbeluppbyggnad och avlägsnande från elektroden), den resulterande överpotentialminskningen o 1,4 Moms – 100 mA cm-2 och en motsvarande 14-faldig ökning av strömtätheten, tillsammans med en positiv nettoenergibesparing på 27,3%, visar potentialen hos denna teknik som en skalbar plattform för att effektivt öka effektiviteten i produktionen av grönt väte.