Een techniek om een ​​materiaal te maken voor kosteneffectieve elektrolyse van water maakt gebruik van een eenvoudige chemische methode voor het bereiden van op nikkel gebaseerde anodes om de zuurstof-evolutiereactie te verbeteren. Efficiëntieverbeteringen zoals deze, ontwikkeld door KAUST, zijn belangrijk bij de ontwikkeling van hernieuwbare energie.

Een techniek om een ​​materiaal te maken voor kosteneffectieve elektrolyse van water maakt gebruik van een eenvoudige chemische methode voor het bereiden van op nikkel gebaseerde anodes om de zuurstof-evolutiereactie te verbeteren. Efficiëntieverbeteringen zoals deze, ontwikkeld door KAUST, zijn belangrijk bij de ontwikkeling van hernieuwbare energie.

Waterstof slaat enorm veel energie op en biedt dus een groot potentieel als duurzame, koolstofvrije krachtbron. Waterstof is ook overvloedig aanwezig op aarde, hoewel overwegend in de vorm van water. Elektrokatalyse kan de waterstofatomen scheiden van de zuurstofatomen, maar een cruciale overweging is een proces dat bekend staat als zuurstofontwikkeling. Het is bekend dat de snelheid waarmee zuurstof wordt aangemaakt de totale productiesnelheid van waterstof beïnvloedt, dus wetenschappers zoeken naar een katalysator om deze reactie te versterken.

edele metalen, zoals iridium en ruthenium, uitstekende prestaties op het gebied van zuurstofevolutie hebben, maar zijn erg duur. Als goedkoper alternatief doctoraat student Tatsuya Shinagawa en stagestudent Marcus Ng werden begeleid door universitair hoofddocent Kazuhiro Takanabe van het KAUST Catalysis Center om een ​​eenvoudige chemische methode te gebruiken om de zuurstof-evolutiereactie te verbeteren.

Op nikkel gebaseerde elektrokatalysatoren hebben in eerdere experimenten bemoedigende prestaties laten zien. Opmerkelijk hiervan is nikkel-ijzeroxide; maar de kosten en complexiteit van de synthese is een nadeel.

"Bestaande elektrolyzers werken in extreem alkalische of zure omgevingen, en deze barre omstandigheden zullen kostbaar zijn wanneer ze worden aangedreven door hernieuwbare energiebronnen, " zei Shinagawa. "Ook belangrijk is dat de meeste onderzoeken naar elektrokatalytische watersplitsing bij kamertemperatuur zijn uitgevoerd. In praktische systemen zijn hogere temperaturen vereist."

Het protocol van het team omvat herhaalde redoxcycli van nikkel in een carbonaat- of fosfaatelektrolyt bij een matige pH en een temperatuur van ongeveer 55°C en de evaluatie van de watersplitsingsprocesprestaties bij verhoogde temperaturen (tot 80°C)

Het afbeelden van de resulterende nikkelelektrode met een scanning-elektronenmicroscoop gaf aan dat het fabricageproces het oppervlak herstructureert om een ​​laag nikkeloxidehydroxide te creëren van meer dan een millimeter dik. De driedimensionale structuur van deze laag kan zwak gebonden alkalimetaalkationen en water opvangen.

Het team toonde aan dat hun elektrode een veel betere zuurstof-evolutiereactie vertoonde in vergelijking met nikkel-ijzeroxide onder bijna neutrale pH-omstandigheden en bij temperaturen die gewoonlijk worden gebruikt in industriële verwerking.

"We hopen deze studie te volgen door een beter begrip te krijgen van de eigenschappen van het materiaal en de prestaties ervan, "zei Shinagawa. "Bijvoorbeeld, een diepgaande studie over kinetiek zal de beperkende reactiestap identificeren over de voorbereide op nikkel gebaseerde elektrokatalysator, wat zal leiden tot een verdere verbetering van de katalytische activiteit."