По данным Международного энергетического агентства (МЭА), ожидается, что мировой спрос на водород достигнет 530 миллионов тонн в 2050 году, что почти в шесть раз больше, чем в 2020 году.

В настоящее время основной метод производства водорода включает реакцию природного газа и водяного пара, в результате чего образуется так называемый серый водород из-за его выбросов углекислого газа, составляющих около 80% от общего объема производства водорода. Напротив, зеленый водород производится путем электролиза воды с использованием электричества без выделения углекислого газа. Однако проблема заключается в неизбежном использовании дорогостоящих катализаторов из драгоценных металлов, таких как оксид иридия.

Исследовательской группе во главе с доктором Ю Сон Чжоном (Yoo Sung Jong) из исследовательского центра водорода и топливных элементов Корейского института науки и технологий (KIST) удалось значительно снизить стоимость производства экологически чистого водорода, внедрив устройство для электролиза воды с анионообменной мембраной, обладающее превосходной производительностью и долговечностью, за счет внедрения углеродной подложки.

Углеродные подложки использовались в качестве подложек для различных электрокатализаторов из-за их высокой электропроводности и удельной площади поверхности, но их применение было ограничено, поскольку они легко окисляются до диоксида углерода в условиях электролиза воды, особенно при высоких напряжениях и в присутствии воды.

Команда синтезировала слоистый двойной гидроксидный материал никель-железо-кобальт, значительно более дешевую альтернативу иридию, на гидрофобной углеродной подложке и использовала его в качестве электрокатализатора для реакции выделения кислорода при электролизе анионообменной мембраной. Катализатор продемонстрировал превосходную долговечность благодаря слоистой структуре, обращенной к гидрофобной углеродной подложке, и слоистому двойному гидроксидному катализатору никель-железо-кобальт.

Что касается углеродной коррозии, то было обнаружено, что образование углекислого газа в процессе коррозии сократилось более чем наполовину, главным образом из-за уменьшения взаимодействия с водой, ключевого фактора углеродной коррозии.

В результате оценки эксплуатационных характеристик было обнаружено, что недавно разработанный носитель катализатора достиг плотности тока 10,29 А/см2 в области 2 В, что превышает плотность тока 9,38 А/см2 коммерческого оксида иридия, и продемонстрировал длительный срок службы около 550 часов. Исследователи также подтвердили корреляцию между производительностью электролиза и гидрофобностью углерода, впервые показав, что гидрофобность подложки может существенно влиять на производительность устройства для электролиза воды.

“Результаты этого исследования подтверждают применимость устройств для электролиза воды на углеродных подложках, которые ранее использовались ограниченно из-за проблем с коррозией, и ожидается, что технология электролиза воды может подняться на следующий уровень, если исследования, направленные на разработку катализаторов, будут распространены на различные подложки”.

“Мы будем стремиться развивать различные экологически чистые энергетические технологии, включая производство зеленого водорода”, – сказал доктор Ю Сон Чжон Ю из KIST.