elektrolyse, een stroom door water leiden om het te splitsen in gasvormig waterstof en zuurstof, kan een handige manier zijn om overtollige energie uit wind- of zonne-energie op te slaan. De waterstof kan worden opgeslagen en later als brandstof worden gebruikt, wanneer de zon onder is of de wind kalm is.

Helaas, zonder een soort van betaalbare energieopslag zoals deze, Jaarlijks wordt er miljarden watt aan hernieuwbare energie verspild.

Wil waterstof de oplossing zijn voor het opslagprobleem, watersplitsende elektrolyse zou veel betaalbaarder en efficiënter moeten zijn, zei Ben Wiley, een professor in de chemie aan de Duke University. En hij en zijn team hebben enkele ideeën over hoe dat te bereiken.

Wiley en zijn laboratorium hebben onlangs drie nieuwe materialen getest die kunnen worden gebruikt als een poreus, doorstroomelektrode om de efficiëntie van elektrolyse te verbeteren. Hun doel was om het oppervlak van de elektrode voor reacties te vergroten, terwijl de geproduceerde gasbellen worden vermeden.

"De maximale snelheid waarmee waterstof wordt geproduceerd, wordt beperkt door de bellen die de elektrode blokkeren - letterlijk het water blokkeren om naar de oppervlakte te komen en te splijten, ' zei Willy.

In een krant die op 25 mei verschijnt in Geavanceerde energiematerialen , ze vergeleken drie verschillende configuraties van een poreuze elektrode waardoor het alkalische water kan stromen als de reactie plaatsvindt.

Ze fabriceerden drie soorten doorstroomelektroden, elk een vierkant van 4 millimeter sponsachtig materiaal, slechts een millimeter dik. De ene was gemaakt van nikkelschuim, een was een 'vilt' gemaakt van nikkel microvezels, en de derde was een vilt gemaakt van nikkel-koper nanodraden.

Pulserende stroom door de elektroden gedurende vijf minuten, vijf minuten vrij, ze ontdekten dat het vilt gemaakt van nikkel-koper nanodraden aanvankelijk waterstof efficiënter produceerde omdat het een groter oppervlak had dan de andere twee materialen. Maar binnen 30 seconden, de efficiëntie stortte in omdat het materiaal verstopt raakte met bellen.

De nikkelschuimelektrode was het beste om de bubbels te laten ontsnappen, maar het had een aanzienlijk kleiner oppervlak dan de andere twee elektroden, waardoor het minder productief is.

De sweet spot bleek een vilt van nikkelmicrovezel te zijn dat meer waterstof produceerde dan het nanodraadvilt, ondanks 25 procent minder oppervlakte voor de reactie.

Tijdens een test van 100 uur, het microvezelvilt produceerde waterstof met een stroomdichtheid van 25, 000 milliampère per vierkante centimeter. In dat tempo, het zou 50 keer productiever zijn dan de conventionele alkalische elektrolysers die momenteel worden gebruikt voor waterelektrolyse, berekenden de onderzoekers.

De goedkoopste manier om op dit moment industriële hoeveelheden waterstof te maken, is niet door water te splitsen. maar door aardgas (methaan) uit elkaar te halen met zeer hete stoom - een energie-intensieve benadering die 9 tot 12 ton CO2 creëert voor elke ton waterstof die het oplevert, exclusief de energie die nodig is om stoom van 1000 graden Celsius te creëren.

Wiley zei dat commerciële producenten van waterelektrolysers in staat zouden kunnen zijn om verbeteringen aan te brengen in de structuur van hun elektroden op basis van wat zijn team heeft geleerd. Als ze de waterstofproductie aanzienlijk zouden kunnen verhogen, de kosten van waterstof geproduceerd door het splitsen van water kunnen dalen, misschien zelfs genoeg om er een betaalbare opslagoplossing voor duurzame energie van te maken.

Hij werkt ook samen met een groep studenten in het Bass Connections-programma van Duke, die onderzoeken of doorstroomelektrolyse kan worden opgeschaald om waterstof te maken uit de overvloedige zonne-energie van India.