Исследовательская группа разработала композитный катализатор с использованием нового материала MXene, который подавляет образование ионов хлорида — одну из ключевых проблем при электролизе морской воды. Ожидается, что этот результат ускорит практическое применение технологии электролиза морской воды, обеспечив стабильное производство водорода даже в морской воде.
Описание исследования
Исследование опубликовано в журнале ACS Nano. Руководил исследованием доктор Джучан Ян из Центра водородных и аккумуляторных материалов, из Отдела исследований материалов для энергетики и окружающей среды Корейского института материаловедения (KIMS).
Водород привлекает внимание как экологически чистый источник энергии, не выделяющий углерод. Однако традиционные технологии водного электролиза в основном используют чистую пресную воду, что приводит к высоким производственным затратам и вызывает опасения по поводу доступности водных ресурсов.
Альтернативой является электролиз морской воды, который напрямую использует морскую воду. Однако существует критическая проблема: ионы хлорида (Cl⁻), присутствующие в морской воде, могут легко вызвать коррозию электродов при электролизе, что значительно сокращает срок службы систем производства водорода.
MXene — это двумерный наноматериал, состоящий из металлов и углерода или азота. Он обладает превосходной электропроводностью и может сочетаться с различными металлическими соединениями, что делает его хорошо подходящим для использования в качестве материала электрода. Однако у него есть заметное ограничение: его высокая реакционная способность с кислородом и водой делает его склонным к окислению, что препятствует его долгосрочной стабильности и применению.
Для решения этой проблемы исследовательская группа намеренно окислила MXene, чтобы сформировать стабильную проводящую структуру, и изготовила композитный электрод-катализатор, объединив его с ферритом никеля (NiFe₂O₄), катализатором выделения кислорода, используя процесс высокоэнергетического шарового измельчения.
Полученный композитный катализатор показал примерно в пять раз более высокую плотность тока и в два раза большую долговечность по сравнению с обычными катализаторами. Кроме того, он продемонстрировал отличное отталкивание по отношению к ионам хлорида, эффективно предотвращая коррозию электродов.
Благодаря этому процессу команда достигла высокой однородности и воспроизводимости, заложив основу для крупномасштабного производства. Более того, команда успешно подтвердила производительность материала в реальной ячейке электролиза, подтвердив его практическую применимость.
Эта технология имеет большое значение, поскольку преодолевает ограничения традиционных материалов на основе MXene, одновременно обеспечивая проводимость и долговечность, что делает его пригодным для применения в электродах для электролиза морской воды.
Доктор Джучан Ян, главный исследователь KIMS, заявил: «Это исследование важно тем, что решает проблему ионов хлорида в морской воде с помощью нового материала MXene». «Мы активно проводим последующие демонстрационные исследования, чтобы продвинуть эту технологию в устойчивое решение для производства водорода».