Elektrolyse van alkalisch water wordt aangeprezen als een manier om een ​​waterstofeconomie tot stand te brengen door intermitterende hernieuwbare energiebronnen om te zetten in schone, op waterstof gebaseerde chemische energie.

Echter, de huidige technologie heeft alleen lage stroomdichtheden en spanningsefficiënties bereikt.

Om elektrolyse vindingrijker te maken, een team van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) samen met de University of California, Santa Cruz en twee andere instellingen om een ​​3D-geprinte elektrode te ontwikkelen die de problemen vermindert die optreden met gasbellen die tijdens het proces worden gegenereerd.

Een sleutel tot het bereiken van een hogere stroomdichtheid door elektrolyse komt neer op de gasbellen die tijdens het proces ontstaan. De bubbels vermengen zich vaak met elkaar, vastlopen en vast komen te zitten, waardoor ze moeilijk kunnen ontsnappen.

"Deze nieuwe elektrode verwijdert de gasbellen sneller. Je wilt niet dat de belletjes in het materiaal vast komen te zitten; je wilt ze er zo snel mogelijk uit kunnen trekken en als brandstofbron kunnen gebruiken, " zei LLNL materiaalwetenschapper Cheng Zhu, de leidende LLNL-auteur van een paper die verschijnt in Geavanceerde energiematerialen .

De unieke 3D-geprinte architectuur van de nieuwe elektrode onderdrukte samensmelting van gasbellen, vastlopen en vastlopen, en resulteerde in een snelle afgifte van bellen. Het team ontdekte dat de stroomdichtheid 50 keer beter was dan de laboratoriumstandaard.

Het team gebruikte ook simulaties om erachter te komen hoe het gas zich vormt, hoe het ontsnapt en de snelheid waarmee het ontsnapt. Omdat je dit proces niet in een elektrode kunt zien, de simulaties waren cruciaal in het ontwerp.

"De modellering hielp ons de fundamentele wetenschap te achterhalen van de verschijnselen die we zagen gebeuren, " zei Rongpei Shi, de LLNL materiaalwetenschapper die de simulaties heeft uitgevoerd. "De elektroden zijn niet transparant, dus je kunt er niet naar binnen kijken en zien wat er aan de hand is. Het gecontroleerde platform en de modellering zijn vrij ongekend om meer te weten te komen over de fysica die zich in de elektrode afspeelt."

Het werk demonstreert een nieuwe benadering van het ontwerp van 3D-elektroden om snel bellentransport en -afgifte mogelijk te maken om de totale katalytische activiteit van de elektroden bij commercieel relevante stroomdichtheden te verbeteren.

"Er is veel werk verzet aan het materiële einde van elektrolyse, op zoek naar elektrodekatalysatormaterialen. Wat dit team liet zien, is dat de daadwerkelijke architectuur van de componenten net zo belangrijk is, vooral bij hoge productiesnelheden, " zei Brandon Wood, LLNL's associate programmaleider voor waterstof en Computational Energy Materials in de Materials Science Division en een co-auteur van het papier.