В Корее разработали технологию, удешевляющую производство зеленого водорода
Существенного сокращения количества платины и иридия, используемых в устройствах электролиза воды для производства водорода, добилась исследовательская группа под руководством доктора Хён С. Пака и Сон Чжон Ю из Исследовательского центра водорода и топливных элементов Корейского института науки и технологий (KIST), 2 июня сообщает пресс-служба KIST.
Новая технология изготовления защитного слоя электродов устройств электролиза воды позволяет сократить использования иридия до 1/10 количества, используемого в применяемой в настоящее время технологии, сохраняя при этом высокую производительность установки.
В последние годы в рамках усилий по реализации обезуглероженной экономики экологически чистый водород (зеленый), для производства которого не используется ископаемое топливо и в процессе производства не происходит выбросов углекислого газа, становится в мире всё более востребованным.
Однако в настоящее время экономическая целесообразность использования зеленого водорода не очень высока из-за значительной стоимости устройств для электролиза воды. Именно эту проблему решает исследование корейских ученых.
Исследователи заменили в защитном слое электрода большую часть драгоценных металлов, недорогим нитридом железа, имеющим большую площадь поверхности, который равномерно покрыли небольшим количеством иридиевого катализатора. Эта замена значительно повышает экономическую эффективность устройства для электролиза.
Типичное электролизное устройство содержит два электрода, приложение постоянного напряжения к которым приводит к разложению воды на водород и кислород, а также полимерно-электролитную мембрану для разделения этих двух газов. Анод, на котором генерируется кислород, работает в высококоррозионной среде, поэтому на его поверхность в качестве защитного покрытия наносится золото или платина в количестве 1 мг/см², а сверху наносится 1–2 мг/см² иридиевого катализатора.
Чтобы повысить экономичность процесса электролиза воды, корейские исследователи заменили золото и платину на недорогой нитрид железа (Fe₂N). Они разработали и испытали технологию, при которой электрод сначала равномерно покрывают оксидом железа с низкой электропроводностью, а затем для повышения проводимости преобразуют оксид железа путем азотирования в нитрид железа.
Ими был разработан также техпроцесс равномерного покрытия нитрида железа иридиевым катализатором толщиной около 25 нанометров (нм). При этом используемое количество иридиевого катализатора уменьшено до менее чем 0,1 мг/см², то есть более чем в 10 раз.
«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, — заявил доктор Хён С. Пак из KIST — После дальнейшего наблюдения за производительностью и долговечностью электрода мы в ближайшем будущем применим его к коммерческим устройствам».
Результаты своей работы корейские исследователи представили в статье «Высокопроизводительный электролизер воды с минимальным использованием металлов платиновой группы: наноструктуры ядро-оболочка нитрид железа-оксид иридия для стабильной и эффективной реакции выделения кислорода», опубликованной в последнем выпуске международного научного журнала Applied Catalysis B: Environmental (IF: 24.319).
