به گزارش ایسنا، محققان کرهای یک کاتالیزور جدید از پلاتین و نیکل توسعه دادهاند که میتواند به طور مداوم به مدت ۳۰۰۰ ساعت کار کند و تقریباً تمام عملکرد خود را به صورت پایدار حفظ کند و به طور بالقوه یکی از بزرگترین چالشهای پیش روی الکترولیز آب و تولید هیدروژن سبز را برطرف کند.
این کاتالیزور از یک ساختار در مقیاس اتمی استفاده میکند که از حل شدن نیکل در طول کار جلوگیری میکند؛ فرآیندی که میتواند باعث تخریب کاتالیزورهای معمولی در طول زمان شود.
این ماده جدید که در یک پشته الکترولیز سه سلولی با مساحت بزرگ آزمایش شد، پس از تقریباً چهار ماه کار مداوم، کمتر از ۲ درصد تخریب عملکرد را نشان داد.
محققان توضیح میدهند که این رویکرد میتواند طول عمر کاتالیزور را افزایش دهد، هزینههای نگهداری و جایگزینی را کاهش دهد و از توسعه سیستمهای تولید هیدروژن با دوام تجاری بیشتر با استفاده از برق تجدیدپذیر پشتیبانی کند.
تغییر کاتالیزور در سطح اتمی
این کاتالیزور برای الکترولیز آب با غشای تبادل آنیون یا AEMWE توسعه داده شده است؛ یک فناوری که با تجزیه آب در شرایط قلیایی، هیدروژن تولید میکند.
روش AEMWE توجهها را به خود جلب کرده است، زیرا میتواند در مقایسه با برخی از فناوریهای الکترولیز مرسوم، وابستگی به فلزات گرانبهای گرانقیمت را کاهش دهد.
چالش این است که واکنش آزادسازی هیدروژن در محیطهای قلیایی کندتر است و نیاز به کاتالیزورهایی را افزایش میدهد که بتوانند فعالیت بالایی را بدون از دست دادن سریع عملکرد ارائه دهند.
کاتالیزورهای پلاتین-نیکل مرسوم میتوانند در ابتدا عملکرد خوبی داشته باشند، اما نیکل به تدریج در طول عملیات طولانی حل میشود. با خروج نیکل از ماده، ترکیب و ساختار الکترونیکی آن تغییر میکند و عملکرد کاتالیزوری را کاهش میدهد.
محققان موسسه علوم مواد کره(KIMS) با تغییر نحوه چیدمان اتمها به این مشکل پرداختند و به جای مخلوط کردن تصادفی پلاتین و نیکل، یک ساختار میانفلزی منظم ایجاد کردند که در آن دو عنصر موقعیتهای مشخصی را در یک شبکه کریستالی اشغال میکنند. مدلسازی محاسباتی نشان داد که این پیکربندی، نیکل را در برابر انحلال مقاومتر میکند.
این ماده در دمای پایین سنتز(ترکیب) شد و سپس در جو نیتروژن عملیات حرارتی شد. سپس این فرآیند به اتمهای پلاتین و نیکل که در ابتدا بینظم بودند، اجازه داد تا به ساختار منظمتر پایدارتری تبدیل شوند.
چهار ماه تولید مداوم هیدروژن
آزمایشها تفاوت قابل توجهی را بین نسخههای معمولی و سفارشی کاتالیزور نشان دادند. پس از آزمایش دوام، ماده معمولی حدود ۵۴ درصد از نیکل اولیه خود را از دست داده بود، در حالی که کاتالیزور سفارشی تنها حدود ۹ درصد از نیکل خود را از دست داده بود.
سپس محققان فراتر از آزمایش در مقیاس آزمایشگاهی رفتند و کاتالیزور را در یک پشته سه سلولی با مساحت بزرگ با مساحت فعال حدود ۹۹ اینچ مربع ادغام کردند.
این سیستم به طور مداوم به مدت ۳۰۰۰ ساعت یا حدود چهار ماه کار کرد؛ دوامی که میتواند برای اقتصاد هیدروژن سبز مهم باشد. تعویض و نگهداری کاتالیزور میتواند به طور قابل توجهی به هزینههای عملیاتی بیفزاید، بهویژه از آنجایی که الکترولیزرها در مقیاسهای بزرگتر مستقر میشوند و به منابع انرژی تجدیدپذیر متصل میشوند که میتوانند شرایط عملیاتی متغیری را ایجاد کنند.
محققان میگویند که این فناوری در نهایت میتواند در تأسیسات هیدروژن با انرژی تجدیدپذیر، الکترولیزرهای توزیع شده و پشتههای الکترولیز با مساحت بزرگ مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، رویکرد مرتبسازی اتمی میتواند فراتر از تولید هیدروژن نیز گسترش یابد.
این تیم معتقد است که همین استراتژی مرتبسازی اتمی میتواند برای سایر کاتالیزورهای فلزات واسطه پلاتین، پیلهای سوختی و سیستمهای انرژی الکتروشیمیایی اعمال شود و احتمالاً دوام و عملکرد آنها را بهبود بخشد و در عین حال تخریب مواد را در طول عملیات طولانی مدت کاهش دهد.
انتهای پیام
