De dreigende dreiging van klimaatverandering heeft wetenschappers over de hele wereld gemotiveerd om te zoeken naar schonere alternatieven voor fossiele brandstoffen, en velen geloven dat waterstof onze beste keuze is. Als milieuvriendelijke energiebron is waterstof (H₂ ) kan worden gebruikt in voertuigen en elektriciteitscentrales zonder kooldioxide in de atmosfeer vrij te geven.

Echter, het opslaan en transporteren van H₂ veilig en efficiënt blijft een uitdaging. Samengeperste gasvormige waterstof brengt een aanzienlijk risico op explosie en lekkage met zich mee, terwijl vloeibare waterstof op extreem lage temperaturen moet worden gehouden, wat kostbaar is. Maar wat als we waterstof rechtstreeks zouden kunnen opslaan in de moleculaire samenstelling van andere vloeibare of vaste materialen?

Dit was de focus van een team wetenschappers uit Japan, die in een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Small , onderzocht het potentieel van waterstofboride (HB) platen als praktische waterstofdragers. Het opslaan van waterstof in HB-platen is geen geheel nieuw concept en veel aspecten van hun potentiële toepassingen als waterstofdragers zijn al bestudeerd. Het is echter lastig om de waterstof uit de platen te krijgen.

Er is verwarming bij hoge temperaturen of sterke ultraviolette (UV) verlichting nodig om waterstof (H₂) vrij te laten komen ) van HB-bladen. Beide benaderingen hebben echter inherente nadelen, zoals een hoog energieverbruik of onvolledige H₂ vrijgeven.

Daarom verdiepte het team zich in een mogelijk alternatief:elektrochemische afgifte. Gebaseerd op het mechanisme van UV-geïnduceerde H₂ vrijkomen uit HB-platen speculeerde het team dat elektroneninjectie van een kathode-elektrode in HB-nanoplaten door een elektrische voeding een superieure manier zou kunnen zijn om H₂ vrij te geven vergeleken met UV-straling of verwarming.

Op basis van deze theorie dispergeerden de onderzoekers HB-vellen in acetonitril, een organisch oplosmiddel, en pasten ze een gecontroleerde spanning toe op de dispersie. Uit deze experimenten bleek dat bijna alle elektronen die in het elektrochemische systeem werden geïnjecteerd, werden gebruikt om H ⁺ om te zetten ionen van de HB-vellen naar H₂ moleculen. Opvallend is dat de Faradaïsche efficiëntie van dit proces, dat meet hoeveel elektrische energie wordt omgezet in chemische energie, meer dan 90% was.

Het team voerde ook isotopenonderzoeksexperimenten uit om te bevestigen dat de elektrochemisch vrijgekomen H₂ afkomstig is van de HB-platen en niet van een andere chemische reactie. Bovendien maakten ze ook gebruik van scanning-elektronenmicroscopie en röntgenfoto-elektronenspectroscopie om de platen voor en na H₂ te karakteriseren. release, wat meer inzicht oplevert in de onderliggende mechanismen van het proces.

Deze bevindingen dragen bij aan de ontwikkeling van veilige en lichtgewicht waterstoftankers met een laag energieverbruik. Hoewel het team de verspreide vorm van de HB-vellen in het gepubliceerde artikel heeft bestudeerd, zijn de huidige bevindingen van toepassing op film- of bulkgebaseerde HB-vellensystemen voor H₂ uitgave. Bovendien zal het team in een toekomstige studie de herlaadbaarheid van HB-vellen na dehydrogenering onderzoeken.

Meer informatie: Satoshi Kawamura et al., Elektrolytische waterstofafgifte uit waterstofborideplaten, Klein (2024). DOI:10.1002/klein.202310239

Journaalinformatie: Klein

Aangeboden door het Tokyo Institute of Technology