Исследовательская группа из Университета науки и технологий POSTECH и Сеульского национального университета разработала новый метод активации катализаторов для расщепления воды при температуре в печи всего 300 °C — что значительно ниже традиционной температуры в печи 800 °C. Этот низкотемпературный процесс также увеличивает эффективность выделения кислорода катализатором почти в шесть раз.
Исследование
Исследование под руководством профессора Ён-Тэ Кима и доктора Санг-Мун Юнга из POSTECH, а также профессора Джуну Сон и доктора Ёнгкванг Ким из Сеульского национального университета было опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
Солнечная и ветровая энергия
Солнечная и ветровая энергия генерируют электричество, которое колеблется в зависимости от погоды. Водород предлагает решение для хранения этой избыточной энергии. Использование электричества для расщепления воды на водород и кислород позволяет хранить энергию и впоследствии преобразовывать её обратно в электрическую мощность, что обеспечивает долгосрочное крупномасштабное хранение энергии.
Однако реакция выделения кислорода (ОER) на аноде электролизеров воды требует высокого перенапряжения из-за медленной кинетики многоступенчатого процесса переноса электронов. Для ускорения реакции используются электрокатализаторы, и, следовательно, были приложены значительные усилия для разработки высокоактивных электрокатализаторов для ОER.
Материал и метод
Команда сосредоточилась на материале под названием перовскит, который стабилен и легко модифицируется. Однако его относительно большой размер частиц (>100 нм) ограничивает его каталитическую активность.
Чтобы преодолеть это, исследователи использовали метод, называемый «экссолюцией», при котором ионы металлов в решётке перовскита мигрируют на поверхность и образуют наноразмерные активные частицы.
Обычно для экссолюции требуется нагрев выше 800 °C в течение нескольких часов. Однако, применив метод, называемый бисерным измельчением, исследователи достигли того же эффекта всего при 300 °C. Бисерное измельчение измельчает материал с помощью микроскопических шариков, разбивая его на мелкие частицы и ослабляя его внутреннюю структуру. Это облегчает доступ ионов металла к поверхности.
Результаты
Экссолюционный электрокатализатор генерирует кислород почти в шесть раз эффективнее, чем исходный перовскитный катализатор, при значительном снижении затрат на энергию. Это делает метод более подходящим для крупномасштабного производства водорода из возобновляемых источников энергии.
«Это исследование знаменует собой важный шаг на пути к разработке высокопроизводительных и недорогих катализаторов для электролиза воды», — сказал профессор Ким. «Контроль структуры на наноуровне будет ключом к повышению эффективности системы».
Предоставлено Университетом науки и технологий POSTECH.