Energy savings in hydrogen are 20 times more effective using a platinum-nickel catalyst

Энергосбережение водорода с использованием платино

Катализаторы ускоряют химические реакции, но широко используемая металлическая платина встречается редко и стоит дорого.

Японские исследователи из Университета Китая, Сингапура и Технологического университета Айдахо (TU / E) создали альтернативу с активностью, в 20 раз превышающую активность: катализатор с пустой наноструктурой из никель-платинового сплава.

Исследователь TU / E Эмиль Хансен планирует использовать этот новый катализатор для разработки 10 МВт холодильного электролизера размером с холодильник. Результаты будут опубликованы 15 ноября в журнале Science.

К 2050 году национальное правительство стремится охватить почти все потребности Нидерландов в энергии из устойчивых источников, таких как солнце или ветер.

Поскольку эти источники энергии не всегда доступны, важно иметь возможность хранить генерируемую энергию. Из-за низкой плотности мощности батареи не подходят для хранения очень большого количества энергии. Лучшее решение – химическая связь, где водород является наиболее очевидной альтернативой газу.

Используя воду, электролизер преобразует (увеличивает) электрическую энергию в накопленный водород. На более позднем этапе топливный элемент переворачивается, превращая накопленный водород в электрическую энергию. Обе технологии требуют катализаторов для управления процессом

Катализатор, который способствует этим превращениям – благодаря своей высокой активности – в основном сделан из платины. Однако платина очень дорогая и относительно редкая. Проблема в том, что мы хотим широко использовать электронные трансформаторы и топливные элементы.

«Таким образом, китайские исследователи создали смесь платины и никеля, которая снижает затраты и повышает активность», – говорит Эмиль Хенсон, профессор катализа в университете TU / E.

Эффективный катализатор обладает высокой активностью; Он превращает больше молекул воды в водород каждую секунду. «В TU / E мы исследовали влияние никеля на шаг взаимодействия клавиш, поэтому мы создали компьютерную модель на основе изображений, полученных с электронного микроскопа», – говорит Хенсон.

Благодаря квантово-химическим расчетам мы смогли активно предсказать новое соединение и понять, почему этот новый катализатор настолько эффективен. ”

Был успешно испытан на топливных элементах

Помимо выбора минералов, исследователи смогли внести существенные изменения в морфологию.

Атомы катализатора должны быть связаны с молекулами воды и / или кислорода, чтобы иметь возможность превращаться. Таким образом, больше ссылок приведет к более высокой активности.

«Вы хотите сделать как можно больше металлических поверхностей», – говорит Хансен.

Это создает большую поверхность, которая позволяет одновременно взаимодействовать большему количеству материалов. «Кроме того, квантово-химические расчеты Хансена доказывают, что удельная структура поверхности наноклеток дополнительно повышает активность.

После расчетов по модели Хансена суммарная активность обоих растворов была в 20 раз выше, чем у современных платиновых катализаторов. Исследователи также обнаружили это в экспериментальных экспериментах на топливном элементе.

«Важной критикой многих ранних работ является то, что они выполняют свою работу в лабораториях, но когда кто-то ставит их на реальную машину, они часто не работают. Мы показали, что этот новый катализатор работает в практическом применении».

Катализатор должен быть стабильным, чтобы он мог продолжать работать в водородной машине или дома в течение нескольких лет. Поэтому исследователи проверили катализатор из 50 000 углей в топливном элементе и обнаружили некоторое снижение активности.

Электрические анализаторы в каждом регионе

Потенциал этого нового катализатора огромен. Является ли топливо в форме ячейки или обратной связи с электронной системой. Например, топливные элементы используются в водородных транспортных средствах, в то время как в некоторых больницах уже есть генераторы с водородными топливными элементами.

Электрические анализаторы также можно использовать, например, на морском бризе или рядом с каждой ветряной турбиной. Передача водорода намного дешевле, чем передача электроэнергии.

Мечта Хансона идет дальше. «Я надеюсь, что мы сможем установить электронный анализатор на каждой террасе в ближайшее время, – сказал он, – и это устройство размером с холодильник экономит всю энергию от солнечных батарей на крыльце в течение дня.

Подземные газопроводы будут транспортировать водород в будущем, заменяться топливным элементом в локальном котле центрального отопления и впоследствии преобразовывать накопленный водород в электричество. Таким образом, мы можем максимально использовать солнце.

Но для этого электрический аналитик все еще нуждается в серьезной разработке.

Хансен, наряду с другими исследователями TU / E и отраслевыми партнерами из региона Брабант, участвует в запуске TU Eindhoven Energy Institute.

Leave a Comment