Zeewater is een van de meest overvloedige hulpbronnen op aarde, veelbelovend als een bron van waterstof - wenselijk als een bron van schone energie - en van drinkwater in droge klimaten. Maar zelfs nu watersplitsingstechnologieën die in staat zijn om waterstof uit zoet water te produceren, effectiever zijn geworden, zeewater is een uitdaging gebleven.

Onderzoekers van de Universiteit van Houston hebben een belangrijke doorbraak gemeld met een nieuwe reactiekatalysator voor zuurstofontwikkeling die, gecombineerd met een waterstofontwikkelingsreactiekatalysator, bereikte stroomdichtheden die in staat zijn om industriële eisen te ondersteunen, terwijl een relatief lage spanning nodig is om zeewaterelektrolyse te starten.

Onderzoekers zeggen dat het apparaat, samengesteld uit goedkope niet-edele metaalnitrides, slaagt erin om veel van de obstakels te vermijden die eerdere pogingen om goedkoop waterstof of veilig drinkwater uit zeewater te produceren, hebben beperkt. Het werk wordt beschreven in Natuurcommunicatie .

Zhifeng Ren, directeur van het Texas Center for Superconductivity aan de UH en een corresponderende auteur van het artikel, zei dat een groot obstakel het ontbreken van een katalysator was die zeewater effectief kan splitsen om waterstof te produceren zonder ook natriumionen vrij te maken, chloor, calcium en andere componenten van zeewater, die eenmaal vrijgemaakt kunnen neerslaan op de katalysator en deze inactief maken. Vooral chloorionen zijn problematisch, gedeeltelijk omdat chloor net iets meer spanning nodig heeft om vrij te maken dan nodig is om waterstof vrij te maken.

De onderzoekers testten de katalysatoren met zeewater uit Galveston Bay voor de kust van Texas. Ren, M.D. Anderson, hoogleraar natuurkunde aan de UH, zei dat het ook zou werken met afvalwater, het verschaffen van een andere bron van waterstof uit water dat anders onbruikbaar is zonder kostbare behandeling.

"De meeste mensen gebruiken schoon zoet water om waterstof te produceren door watersplitsing, " zei hij. "Maar de beschikbaarheid van schoon zoet water is beperkt."

Om de uitdagingen aan te gaan, de onderzoekers ontwierpen en synthetiseerden een driedimensionale kern-schil zuurstofevolutiereactiekatalysator met behulp van overgangsmetaalnitride, met nanodeeltjes gemaakt van een nikkel-ijzer-nitride-verbinding en nikkel-molybdeen-nitride nanostaafjes op poreus nikkelschuim.

Eerste auteur Luo Yu, een postdoctoraal onderzoeker aan de UH die ook verbonden is aan de Central China Normal University, zei dat de nieuwe zuurstofontwikkelingsreactiekatalysator gepaard ging met een eerder gerapporteerde waterstofontwikkelingsreactiekatalysator van nikkel-molybdeen-nitride nanostaafjes.

De katalysatoren werden geïntegreerd in een alkalische elektrolyser met twee elektroden, die kan worden gevoed door restwarmte via een thermo-elektrisch apparaat of door een AA-batterij.

Celspanningen die nodig zijn om een ​​stroomdichtheid van 100 milliampère per vierkante centimeter te produceren (een maat voor de stroomdichtheid, of mA cm ^-2 ) varieerde van 1.564 V tot 1.581 V.

De spanning is aanzienlijk, Yu zei, want hoewel een spanning van minimaal 1,23 V nodig is om waterstof te produceren, chloor wordt geproduceerd bij een spanning van 1,73 V, wat betekent dat het apparaat betekenisvolle niveaus van stroomdichtheid moest kunnen produceren met een spanning tussen de twee niveaus.