Industriële waterstof wordt steeds efficiënter geproduceerd, dankzij bevindingen geschetst in een nieuw artikel gepubliceerd door Idaho National Laboratory-onderzoekers. In de krant, Dr. Dong Ding en zijn collega's hebben de vorderingen in de productie van waterstof, die wordt gebruikt bij de olieraffinage, petrochemische productie en als milieuvriendelijke brandstof voor transport.

De onderzoekers toonden een krachtige elektrochemische waterstofproductie aan bij een lagere temperatuur dan voorheen mogelijk was. Dit was te danken aan een belangrijke vooruitgang:een keramische stoomelektrode die zichzelf assembleert uit een geweven mat.

"We hebben een 3D zelf-geassembleerde stoomelektrode uitgevonden die schaalbaar kan zijn, " zei Ding. "De ultrahoge porositeit en de 3D-structuur kunnen de overdracht van massa / lading veel beter maken, dus de prestaties waren beter."

In een paper gepubliceerd door het tijdschrift Geavanceerde wetenschap , de onderzoekers rapporteerden over het ontwerp, fabricage en karakterisering van zeer efficiënte protongeleidende vaste-oxide-elektrolysecellen (P-SOEC's) met een nieuwe 3D zelf-geassembleerde stoomelektrode. De cellen werkten onder 600 ^O C. Ze produceerden tijdens het testen dagenlang continu waterstof met een hoge aanhoudende snelheid.

Waterstof is deels een milieuvriendelijke brandstof omdat wanneer het verbrandt, het resultaat is water. Echter, er zijn geen geschikte geschikte natuurlijke bronnen voor zuivere waterstof. Vandaag, waterstof wordt verkregen door stoomreforming (of "kraken") van koolwaterstoffen, zoals aardgas. Dit proces, Hoewel, fossiele brandstoffen nodig heeft en koolstofbijproducten creëert, waardoor het minder geschikt is voor duurzame productie.

Stoomelektrolyse, daarentegen, heeft alleen water en elektriciteit nodig om watermoleculen te splitsen, waardoor waterstof en zuurstof ontstaan. De elektriciteit kan uit elke bron komen, inclusief wind, zonne, nucleaire en andere emissievrije bronnen. Door elektrolyse efficiënt uit te voeren bij een zo laag mogelijke temperatuur, wordt de benodigde energie geminimaliseerd.

Een P-SOEC heeft een poreuze stoomelektrode, een waterstofelektrode en een protongeleidende elektrolyt. Wanneer er spanning wordt aangelegd, stoom reist door de poreuze stoomelektrode en verandert in zuurstof en waterstof bij de elektrolytgrens. Door verschillende tarieven, de twee gassen scheiden en worden verzameld op hun respectieve elektroden.

Dus, de constructie van de poreuze stoomelektrode is van cruciaal belang, daarom gebruikten de onderzoekers een innovatieve manier om het te maken. Ze begonnen met een geweven textielsjabloon, stop het in een voorloperoplossing met elementen die ze wilden gebruiken, en vuurde het vervolgens af om de stof te verwijderen en het keramiek achter te laten. Het resultaat was een keramische versie van het originele textiel.

Ze stopten het keramische textiel in de elektrode en merkten dat in bedrijf, Er ontstond een brug tussen de strengen. Dit zou zowel de massa- als de ladingsoverdracht en de stabiliteit van de elektrode moeten verbeteren, volgens Dr. Wei Wu, de belangrijkste bijdrage aan dit werk.

De elektrode en het gebruik van protonengeleiding maakten een hoge waterstofproductie onder 600 . mogelijk ^O C. Dat is honderden graden koeler dan bij conventionele stoomelektrolyse op hoge temperatuur. De lagere temperatuur maakt het waterstofproductieproces duurzamer, en vereist ook minder dure, hittebestendige materialen in de elektrolysecel.

Hoewel waterstof al wordt gebruikt om voertuigen aan te drijven, voor energieopslag en als draagbare energie, deze aanpak zou een efficiënter alternatief kunnen bieden voor grootschalige productie.