Зеленый водород, который производит водород без использования ископаемого топлива или выбросов углекислого газа, становится все более важным в последние годы в рамках усилий по реализации обезуглероженной экономики. Однако из-за высокой стоимости производства устройств для электролиза воды, производящих зеленый водород, экономическая целесообразность зеленого водорода не очень высока. Однако разработка технологии, которая резко снижает количество редких металлов, таких как иридий и платина, используемых в устройствах для электролиза воды с мембраной из полимерного электролита, открывает путь к снижению производственных затрат.

Исследовательская группа во главе с доктором Хён С. Паком и Сон Чжон Ю из Исследовательского центра водорода и топливных элементов Корейского института науки и технологий (KIST) объявила, что они разработали технологию, которая может значительно уменьшить количество платины и иридий, драгоценные металлы, используемые в защитном слое электродов устройств для электролиза воды с мембраной из полимерного электролита , и обеспечивают производительность и долговечность наравне с существующими устройствами.

В частности, в отличие от предыдущих исследований, которые были сосредоточены на уменьшении количества иридиевого катализатора при сохранении структуры, использующей большое количество платины и золота в качестве защитного слоя электрода, исследователи заменили драгоценный металл в защитном слое электрода недорогим нитридом железа, имеющим большая площадь поверхности и равномерное покрытие небольшого количества иридиевого катализатора поверх него, что значительно повышает экономическую эффективность устройства для электролиза.

Устройство для электролиза воды с мембраной из полимерного электролита представляет собой устройство, которое производит водород и кислород высокой чистоты путем разложения воды с использованием электричества, получаемого из возобновляемых источников энергии , таких как солнечная энергия , и оно играет роль в снабжении водородом различных отраслей промышленности, таких как производство стали и химикаты. Кроме того, для преобразования энергии выгодно хранить возобновляемую энергию в виде водородной энергии, поэтому повышение экономической эффективности этого устройства очень важно для реализации зеленой водородной экономики.

В типичном электролизном устройстве есть два электрода, которые производят водород и кислород, а для электрода, генерирующего кислород, который работает в высококоррозионной среде, на поверхность электрода наносится золото или платина в количестве 1 мг/см 2 в качестве защитный слой для обеспечения долговечности и эффективности производства, а сверху наносится 1-2 мг/см 2 иридиевого катализатора. Драгоценные металлы , используемые в этих устройствах для электролиза, имеют очень низкие запасы и производство, что является основным фактором, препятствующим широкому внедрению устройств для производства экологически чистого водорода.

Чтобы улучшить экономику электролиза воды, команда заменила золото и платину из редких металлов, используемые в качестве защитного слоя для кислородного электрода в устройствах для производства водорода с мембраной из полимерного электролита, на недорогой нитрид железа (Fe 2 N ) .

Для этого команда разработала композитный процесс, который сначала равномерно покрывает электрод оксидом железа, имеющим низкую электропроводность, а затем преобразует оксид железа в нитрид железа для повышения его проводимости. Команда также разработала процесс, который равномерно покрывает иридиевый катализатор толщиной около 25 нанометров (нм) поверх защитного слоя нитрида железа, уменьшая количество иридиевого катализатора до менее чем 0,1 мг/см 2 , в результате чего получается электрод с высоким содержанием водорода . эффективность производства и долговечность.

Разработанный электрод заменяет золото или платину, используемые в качестве защитного слоя для электрода, генерирующего кислород, нитридами неблагородных металлов, сохраняя при этом характеристики, аналогичные существующим коммерческим электролизным установкам, и снижает количество иридиевого катализатора до 10% от существующего уровня. Кроме того, электролизная установка с новыми компонентами проработала более 100 часов, чтобы проверить ее первоначальную стабильность.

«Уменьшение количества иридиевого катализатора и разработка альтернативных материалов для платинового защитного слоя необходимы для экономичного и широкого использования устройств для производства зеленого водорода с мембраной из полимерного электролита , а использование недорогого нитрида железа вместо платины имеет большое значение», — сказал он. Доктор Хён С. Пак из KIST. «После дальнейшего наблюдения за производительностью и долговечностью электрода мы применим его к коммерческим устройствам в ближайшем будущем».