Новый катализатор, в котором используется один атом платины, может упростить хранение водорода для возобновляемых источников энергии. Катализатор, разработанный учеными из Городского университета Гонконга (CityU) и испытанный коллегами из Имперского колледжа Лондона, может использоваться дешево и в больших масштабах.
Новый катализатор, использующий один атом платины, разработанный Городским университетом Гонконга и испытанный в Имперском колледже Лондона, обещает сделать хранение водорода проще и экономичнее с использованием возобновляемых источников энергии. Это нововведение диспергирует атомы платины на сульфиде молибдена, уменьшая количество используемой платины и повышая эффективность электролиза.
Соавтор, профессор Энтони Куцернак с факультета химии Имперского колледжа Лондона, сказал: «Водородная стратегия Великобритании ставит амбициозную цель – мощность производства низкоуглеродного водорода мощностью 10 ГВт к 2030 году. Для достижения этой цели нам необходимо увеличить производство дешевых, простых в производстве и эффективных систем хранения водорода. Новые электрокатализаторы могут внести значительный вклад в это, в конечном итоге помогая Великобритании достичь своей цели по нулевым выбросам к 2050 году».
Производство электроэнергии из возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия, быстро растет. Однако часть произведенной энергии необходимо хранить для использования, когда погодные условия не способствуют использованию энергии ветра и солнца. Одним из многообещающих подходов является сохранение энергии в форме водорода, который можно хранить и транспортировать для последующего использования.
Для этого используется возобновляемая энергия для расщепления молекул воды на водород и кислород, при этом энергия запасается в атомах водорода. Это требует использования платинового катализатора для стимуляции реакции расщепления молекул воды, также известной как электролиз. Однако, хотя платина является отличным катализатором этой реакции, она дорога и редка, поэтому сведение к минимуму ее использования важно для снижения затрат на систему и ограничения извлечения платины.
Теперь, в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда разработала и протестировала катализатор, в котором используется как можно меньше платины, что привело к созданию эффективной, но экономически выгодной платформы для разделения воды.
Ведущий исследователь, профессор Чжан Хуа из Городского университета Гонконга, сказал: «Водород, получаемый путем электрокаталитического расщепления воды, считается одним из наиболее многообещающих источников чистой энергии, который заменит ископаемое топливо в ближайшем будущем и может снизить загрязнение окружающей среды и парниковый эффект».
инструменты тестирования
Инновация команды заключается в диспергировании одноатомной платины в чешуйках сульфида молибдена (MoS2). При этом используется гораздо меньше платины, чем в существующих катализаторах, и даже улучшается производительность, поскольку платина взаимодействует с молибденом, делая реакцию более эффективной.
Выращивание тонких катализаторов на подложках из нанолистов позволило команде CityU создать материалы высокой чистоты. Затем лаборатория профессора Кученака в Imperial охарактеризовала материалы и разработала методы и модели, позволяющие определить, как работает катализатор.
У команды Imperial были инструменты для проведения тщательных испытаний, поскольку они разработали несколько методов специально для работы с этим катализатором. Профессор Кученак и его коллеги основали несколько компаний на основе этих технологий, в том числе RFCPower, которая специализируется на проточных водородных батареях.
Используйте водород
Как только возобновляемая энергия сохраняется в форме водорода, ее повторное использование в качестве электроэнергии требует преобразования с использованием топливных элементов, которые производят водяной пар в качестве побочного продукта в реакции расщепления кислорода. Недавно профессор Кученак и его коллеги обнаружили одноатомный катализатор этой реакции, основанный на железе, а не на платине, что также снизит стоимость технологии.
Еще одна дочерняя компания, возглавляемая профессором Кученаком, Bramble Energy, протестирует эту технологию в своих топливных элементах. Таким образом, оба одноатомных катализатора — один помогает преобразовывать возобновляемую энергию в водород для хранения, а другой помогает высвободить эту энергию позже в виде электричества — способны приблизить водородную экономику к реальности.