Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla

Tohtorit Hyung-Suk Oh ja Woong-Hee Lee Korean tiede- ja teknologiainstituutin (KIST) yhteistyössä POSTECHin ja Yonsei Universityn tutkijoiden kanssa ovat kehittäneet bifunktionaalisen katalyytin suorituskykyä tavalla, joka alentaa dramaattisesti vedyn tuotannon kustannuksia.

Kaksitoimiset katalyytit ovat uuden sukupolven katalyyttejä, jotka tuottavat vedestä samanaikaisesti vetyä ja happea käyttämällä yhtä katalyyttiä. Tällä hetkellä sähkökemialliset järjestelmät, kuten vesielektrolyysitekniikka sekä hiilidioksidin talteenotto ja hyödyntäminen (CCU) käyttävät erillisiä katalyyttejä molemmille elektrodeille, mikä johtaa korkeaan vedyn tuotannon yksikkökustannuksiin.

Toisaalta bifunktionaaliset katalyytit, jotka voidaan syntetisoida yhdessä valmistusprosessissa, herättävät huomiota teknologiana, joka voi alentaa tuotantokustannuksia ja lisätä sähkökemiallisten energianmuuntotekniikoiden taloudellista tehokkuutta.

Tällaisten katalyyttien ongelmana on kuitenkin se, että jokaisen sähkökemiallisen reaktion jälkeen, jossa syntyy vetyä ja happea, muiden reaktioiden suorituskyky heikkenee elektrodimateriaalin rakenteellisten muutosten vuoksi. Siksi bifunktionaalisten katalyyttien kaupallistamiseksi on tärkeää varmistaa palautuvuus ja kestävyys, jotka voivat säilyttää katalyytin rakenteen pitkäaikaisen reaktion jälkeen.

Parantaakseen bifunktionaalisen katalyytin palautuvuutta ja kestävyyttä ryhmä syntetisoi metalliseoskatalyyttejä, joilla on erilaisia rakenteita, sekoittamalla platinaa ja nikkeliä, joilla on korkea suorituskyky hapen pelkistys- ja generointireaktioissa.

Kokeelliset tulokset osoittivat, että nikkeli-platina -vuorovaikutus oli aktiivisin oktaedrisessä rakenteessa, ja seoskatalyytit suoriutuivat yli kaksi kertaa paremmin kuin platina- ja nikkelimonoliitit hapen pelkistys- ja generointireaktioissa.

Tutkijat tunnistivat seoksen katalyytin toistuvan generointireaktion aikana syntyneen platinaoksidin suorituskyvyn heikkenemisen syyksi ja kehittivät rakenteen palauttamismenetelmän platinaoksidin pelkistämiseksi platinaksi.

Ryhmän bifunktionaalisten katalyyttien ja rakenteen talteenottomenetelmien odotetaan nopeuttavan yhdistettyjen regeneratiivisten polttokennojen (URFC) kaupallistamista korvaamalla erilliset hapenkehitys- ja pelkistysreaktioiden katalyytit bifunktionaalisilla katalyyteillä.

URFC:t, jotka voivat tuottaa sekä vetyä että sähköä, voivat alentaa tuotantokustannuksia vähentämällä kalliiden katalyyttien käyttöä ja säilyttäen samalla suorituskyvyn.

"Katalyyttien palautuvuutta ja kestävyyttä parantava teknologia on tarjonnut uuden suunnan bifunktionaalisten katalyyttien kehitykselle, joka on tärkeä tekniikka sähkökemiallisissa energianmuuntojärjestelmissä", sanoi Hyung-suk Oh, KIST:n johtava tutkija. "Se edistää sähkökemiallisten järjestelmien, kuten URFC:iden, kaupallistamista ja hiilineutraaliutta tulevaisuudessa."

Aiheesta aiemmin:

Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä

Polttokennoja sadasosan kustannuksilla