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Jul 21, 2023

Desenvolvendo tecnologias para reduzir o custo da produção de hidrogênio verde

Desenvolver tecnologias para reduzir o custo da produção de hidrogênio verde. Verde

Desenvolver tecnologias para reduzir o custo da produção de hidrogênio verde.

O hidrogênio verde, que produz hidrogênio sem o uso de combustíveis fósseis ou emissão de dióxido de carbono, tornou-se cada vez mais importante nos últimos anos como parte dos esforços para realizar uma economia descarbonizada.

No entanto, devido ao alto custo de produção dos dispositivos de eletrólise da água que produzem hidrogênio verde, a viabilidade econômica do hidrogênio verde não tem sido muito alta. No entanto, o desenvolvimento de uma tecnologia que reduz drasticamente a quantidade de metais raros, como irídio e platina, usados ​​em dispositivos de eletrólise de água com membrana de eletrólito polimérico está abrindo caminho para reduzir os custos de produção.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Hyun S. Park e Sung Jong Yoo do Hydrogen and Fuel Cell Research Center no Korea Institute of Science and Technology (KIST) anunciou que desenvolveu uma tecnologia que pode reduzir significativamente a quantidade de platina e irídio, metais preciosos usados ​​na camada de proteção de eletrodo de dispositivos de eletrólise de água de membrana de eletrólito de polímero, e desempenho e durabilidade seguros a par dos dispositivos existentes.

Em particular, ao contrário de estudos anteriores que se concentraram em reduzir a quantidade de catalisador de irídio, mantendo a estrutura que usa uma grande quantidade de platina e ouro como camada de proteção do eletrodo, os pesquisadores substituíram o metal precioso na camada de proteção do eletrodo por nitreto de ferro barato com grande área de superfície e revestiu uniformemente uma pequena quantidade de catalisador de irídio em cima dela, aumentando consideravelmente a eficiência econômica do dispositivo de eletrólise.

O dispositivo de eletrólise de água de membrana de eletrólito de polímero é um dispositivo que produz hidrogênio e oxigênio de alta pureza pela decomposição de água usando eletricidade fornecida por energia renovável, como energia solar, e desempenha um papel no fornecimento de hidrogênio para várias indústrias, como fabricação de aço e produtos químicos. Além disso, é vantajoso para a conversão de energia armazenar energia renovável como energia de hidrogênio, portanto, aumentar a eficiência econômica deste dispositivo é muito importante para a realização da economia do hidrogênio verde.

Em um dispositivo típico de eletrólise, existem dois eletrodos que produzem hidrogênio e oxigênio, e para o eletrodo gerador de oxigênio, que opera em um ambiente altamente corrosivo, ouro ou platina é revestido na superfície do eletrodo a 1 mg/cm2 como proteção camada para garantir durabilidade e eficiência de produção, e 1-2 mg/cm2 de catalisador de irídio é revestido na parte superior. Os metais preciosos usados ​​nesses dispositivos de eletrólise têm reservas e produção muito baixas, o que é um fator importante que impede a adoção generalizada de dispositivos de produção de hidrogênio verde.

Para melhorar a economia da eletrólise da água, a equipe substituiu os metais raros ouro e platina usados ​​como uma camada protetora para o eletrodo de oxigênio em dispositivos de produção de hidrogênio de membrana de eletrólito de polímero por nitreto de ferro barato (Fe2N).

Para fazer isso, a equipe desenvolveu um processo composto que primeiro reveste uniformemente o eletrodo com óxido de ferro, que tem baixa condutividade elétrica, e depois converte o óxido de ferro em nitreto de ferro para aumentar sua condutividade. A equipe também desenvolveu um processo que reveste uniformemente um catalisador de irídio com cerca de 25 nanômetros (nm) de espessura no topo da camada protetora de nitreto de ferro, reduzindo a quantidade de catalisador de irídio para menos de 0,1 mg/cm2, resultando em um eletrodo com alta produção de hidrogênio. eficiência e durabilidade.

O eletrodo desenvolvido substitui o ouro ou platina usado como camada protetora para o eletrodo gerador de oxigênio por nitretos de metais não preciosos, mantendo desempenho semelhante às unidades de eletrólise comerciais existentes e reduz a quantidade de catalisador de irídio para 10% do nível existente. Além disso, a unidade de eletrólise com os novos componentes foi operada por mais de 100 horas para verificar sua estabilidade inicial.

Dr. Hyun S. Park