Yeşil hidrojende kendini yenileyen elektrot ile maliyetler düşecek

Çin Bilimler Akademisi Hefei Fiziksel Bilimler Enstitüsü bünyesindeki Katı Hal Fiziği Enstitüsü araştırmacıları, yeşil hidrojen üretiminde kullanılan anyon değişim zarlı su elektrolizörlerinin performansını ve kullanım ömrünü artırmaya yönelik yeni bir elektrot geliştirdi. Guowen Meng ve Bin Chen liderliğindeki ekip, nikel, kobalt, demir, krom ve vanadyumu aynı yapıda birleştiren yüksek entropili anti-perovskit malzemeyi gözenekli nikel köpük üzerinde doğrudan büyüttü. Elektrot iskeletine entegre edilen çok metalli yapı, yüksek akım yoğunluklarında kararlı çalışırken katalizör çözünmesini de sınırladı.

OER DARBOĞAZI

Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen elektrikle suyu hidrojen ve oksijene ayıran Anyon Değişim Zarlı elektroliz sistemleri, daha düşük sermaye maliyeti ve yüksek performans potansiyeli nedeniyle yeşil hidrojen üretiminde öne çıkan teknolojiler arasında yer alıyor. Ancak oksijen açığa çıkarma reaksiyonunun yavaş ilerlemesi, sistemlerin yüksek performansla ve uzun süre çalışmasının önündeki temel sorunlardan biri olmaya devam ediyor. Çinli araştırmacılar bu soruna karşı beş farklı metalin özelliklerini aynı kristal yapıda bir araya getiren yüksek entropili bir elektrot geliştirdi. Doğrudan nikel köpük üzerinde oluşturulan yapı, zorlu reaksiyon koşullarında katalizörün çözünmesini azaltarak endüstriyel akım yoğunluklarında kesintisiz çalışmayı mümkün kıldı.

YÜKSEK KARARLILIK

Yeni elektrot, alkali elektrolit ortamında santimetrekare başına 100 miliamper akım yoğunluğuna ulaşmak için 279 milivoltluk aşırı potansiyele ihtiyaç duydu ve 500 saatin üzerinde kararlılığını korudu. AEM elektrolizörüne entegre edildiğinde ise 1,662 volt hücre geriliminde santimetrekare başına 500 miliamper akım yoğunluğu sağladı. Sistem, bu koşullarda 400 saatten uzun süre kesintisiz çalıştı. Testler sırasında katalizör aşınmasının düşük seviyede kaldığı belirlendi.

YENİLENEN YÜZEY

Laboratuvar analizleri, elektrodun performansındaki temel unsurlardan birinin çalışma sırasında yüzeyinde gerçekleşen kontrollü değişim olduğunu gösterdi. Bazı metal bileşenler elektroliz sırasında yüzeyden çözünürken, alttaki malzemeyle etkileşime girerek yeni ve yüksek aktifliğe sahip bir yüzey katmanı oluşturuyor. Böylece normal koşullarda performans kaybına yol açabilecek yüzey değişimi, elektrodun aktif yapısını yenileyen dinamik bir mekanizmaya dönüşüyor. Bu yapı, uzun süreli elektroliz sırasında etkin katalitik yüzeyin korunmasına katkı sağlıyor.

DEĞERLİ METAL İHTİYACI

Geliştirilen yüksek entropili anti-perovskit elektrot, iridyum ve platin gibi kıt ve pahalı değerli metallere duyulan ihtiyacı ortadan kaldıran bir yapı sunuyor. Sıcaklık, basınç ve yüksek akım koşullarına dayanıklı tasarımın, katalizör değişim aralıklarını uzatarak elektroliz sistemlerinin yatırım ve bakım maliyetlerini azaltması hedefleniyor. Daha uzun çalışma ömrü ve yüksek akım yoğunluklarında sağlanan kararlılık da tesislerin operasyonel verimliliğinin artırılması açısından önem taşıyor.

HİDROJEN ÜRETİMİ

Yeni elektrot mimarisi, ağır sanayi ve ulaşım gibi hidrojen kullanımının öne çıktığı alanlarda üretim maliyetlerinin azaltılmasına yönelik AEM elektrolizör çalışmalarına yeni bir seçenek ekliyor. Soy metallere bağımlılığın azaltılması, yüksek akım yoğunluklarında uzun çalışma süresi ve kendini yenileyen yüzey yapısı, teknolojinin ticari ölçekte değerlendirilmesi açısından öne çıkan özelliklerini oluşturuyor. Araştırma, AEM elektrolizörlerinin daha dayanıklı ve düşük maliyetli sistemlere dönüştürülmesine yönelik malzeme çalışmalarına yeni bir yaklaşım getiriyor.