Küçücık Alaşım Verde Hidrojen Üretiminde Değerli Metal Kullanımını Yarıya İndiriyor

Braga, Portugal’daki araştırmacıların geliştirdiği yeni bir katalizör, yeşil hidrojen üretiminin daha az değerli metale ihtiyaç duymasına olanak tanıyabilir. Malzeme, ağırlıkça yaklaşık olarak yarı kadar değerli metal içermesine rağmen ticari bir referans ölçütünü geride bıraktı.

International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL) ekibi, proton değişimli zar su elektrolizi veya PEMWE için tasarlanmış, platin, nikel ve rutenyumdan oluşan bir alaşım oluşturdu.

Araştırma, tek hücreli bir cihazda 60 °C’de (140°F) 300 saatten fazla kararlı çalışma sağladığını bildirdi.

Bulgular, elektrolizörlerin karşılaştığı bir zorluğa işaret ediyor: Süreklilik gösteren çalışma sırasında performansı korurken pahalı malzemelere olan bağımlılığı azaltmak.

Küçük parçacıklar, daha az değerli metal

PEMWE, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için elektrik kullanır. Yenilenebilir elektrikle çalıştırıldığında, yeşil hidrojen üretimi için bir yol sunar.

Bununla birlikte, katotta gerçekleşen hidrojen üretim tepkimesi, büyük ölçüde kıt platin grubu metale bağlıdır.

INL’deki Kolen’ko Araştırma Grubu’nun araştırmacıları, sürekli akışlı bir sentez reaktörü kullanarak platin-nikel-rutenyum orta-entropili alaşımın nanoparcacıklarını üretti.

Sadece 1.5 nanometre çapında olan parçacıklar, kusurca zengin grafene düzgün şekilde tutturuldu.

Katalizör, ağırlıkça %20.5 değerli metal içeriyordu; ticari referans ölçütününse %40 platin içeriği vardı. Daha az değerli metal içermesine rağmen, çok sayıda ölçümde bu ölçütü geride bıraktı.

Tek hücreli bir PEMWE cihazında katalizör, 1.6 voltta santimetrekare başına 1.0 amper ak yoğunluğu sağladı.

S yüzey değişimleri aktiviteyi artırır

Katalizörün davranışı, çalışma sırasında performansının merkezindeydi. Başlangıçta, nikel-okit türleri parçacık yüzeylerinin bir kısmını kapladı. Katodik polarizasyon altında bu okitler indirgenerek altındaki metalik alaşımı ortaya çıkardı.

“Katalizör bozulmuyor, aktive oluyor. Bu sezgiye aykırı ve uzun vadeli çalışma için tam da istediğiniz şey,” dedi çalışmanın yazışma sorumlusu Sitaramanjaneya Mouli Thalluri.

Synchrotron X-ışını soğurma spektroskopisi, yüzey yeniden yapılanmasının elektrokimyasal olarak sürüklendiğini doğruladı.

60 °C’de (140°F), endüstriyel çalışmaya tipik bir sıcaklıkta hücre 300 saatten fazla kararlı voltaj korudu. Ticari referans ölçütünün aksine, test sırasında sürekli performans azalması gösterdi.

Bu sonuçlar, alaşımın değişen yüzeyinin süreklilik gösteren aktiviteyi destekleyebileceğini ve katalitik performansı iyileştirirken kararlılıktan ödün vermeden bu zorluğa çözüm olabileceğini öne sürüyor.

Sürekli akış, ölçeklendirme yolu sunar

Malzemenin kendisinin ötesinde araştırmacılar, üretim sürecine de dikkat çekti. İndirmeye yönelik potansiyelleri belirgin şekilde farklı metalleri birleştirmek, oluşumlarının istenen alaşımı üretmek için koordine edilmesi gerektiğinden bir zorluğa işaret ediyor.

“Sürekli akışlı sentez burada oyunu değiştiren unsur,” dedi ortak yazışma sorumlusu Srinivas Katam.

Ekip, reaktörün metallerin çekirdeklenmesini senkronize ettiğini ve böylece daha büyük ölçekli üretime bir yol sağladığını belirtti.

“Bu çalışma, orta-entropili alaşımların sürekli akışlı sentezle üretildiğinde geleneksel aktivite-decaranlılık ödünleşimini aşabileceğini gösteriyor,” dedi INL’deki Kolen’ko Araştırma Grubu’nun lideri Dr. Yury V. Kolen’ko.

Araştırmacılar, hidrojen üretiminin ötesinde, diğer elektrokimyasal enerji dönüşüm teknolojileri de dahil olmak üzere potansiyel uygulamalar görüyor.

Fonlama, Moving2Neutrality Yenilik Paktı aracılığıyla NextGeneration EU çerçevesi altındaki Portugal’ın Toplanma ve Dayanıklılık Planından (PRR) geldi.

Tek hücreli sonuçlar, değerli metal gereksinimlerini azaltma ve dayanıklılığı koruma hâlâ temel hedefler olmaya devam ederken, daha büyük elektrolizör sistemlerine yönelik gelişime bir dayanak sağlıyor.

Araştırma Chemical Engineering Journal’da yayımlandı.