Учёные из корейского института науки и технологий KAIST разработали систему производства водорода, которая потенциально может решить проблемы, связанные с текущим производством «зелёного водорода». Эта система основана на высокопроизводительной цинково-воздушной батарее и предполагает использование водорастворимого электролита, что снижает риск возгорания.
Результаты их работы были опубликованы в журнале Advanced Science.
Водород является важным сырьём для синтеза материалов с высокой добавленной стоимостью и привлекает внимание как «чистое» топливо с высокой плотностью энергии, которая в три раза превышает плотность энергии существующих ископаемых видов топлива. Однако большинство современных методов производства водорода имеют проблему выбросов углекислого газа. Производство «зелёного водорода» путём расщепления воды с использованием возобновляемых источников энергии, таких как солнечные батареи и ветряные турбины, имеет низкую эффективность из-за неравномерной выработки электроэнергии из-за температуры и погодных условий.
Иллюстрации структуры графеново-сэндвичевой гетеропереходно-встроенной слоистой решётки (G-SHELL). Схематическое изображение a) процедур синтеза G-SHELL, b) структуры полого ????ядра — слоистой оболочки с трифункциональными областями для выделения кислорода (ORR), реакции выделения кислорода (OER) и реакции выделения водорода (HER), и c) гетеропереходов, внутренних электрических полей, индуцированных гетеропереходом, и соответствующей зонной структуры. Источник: Advanced Science (2024). DOI: 10.1002/advs.202408869
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи разработали катализатор на основе недрагоценных металлов, — G-SHELL, который эффективен для всех трёх каталитических реакций: выделения кислорода, выделения водорода и восстановления кислорода. Этот катализатор был синтезирован с использованием наноразмерного металлоорганического каркаса, выращенного на оксиде графена.
Разработанная система производства водорода на основе цинково-воздушной батареи имеет высокую плотность энергии (797 Вт·ч/кг), которая примерно в 5 раз выше, чем у существующих батарей. Кроме того, она имеет высокие выходные характеристики (275,8 мВт/см²) и может стабильно работать в течение длительного времени даже в условиях многократной зарядки и разрядки.
Разработанная система производства водорода на основе цинково-воздушной батареи станет новым прорывом, который сможет преодолеть ограничения текущего производства «зелёного водорода». Система производства водорода на основе цинково-воздушной батареи, которая была реализована путём разработки каталитического материала с высокой активностью и сроком службы в трёх различных электрохимических каталитических реакциях при низких температурах и простым способом.
Профессор Чон Ку Канг, руководитель исследовательской группы
Эта система может быть использована в качестве экологически чистого метода производства водорода путем её соединения с системой электролиза воды в качестве устройства хранения энергии следующего поколения.