Группа ученых под руководством UNSW (Австралия) представила гораздо более дешевый и устойчивый способ производства водорода, необходимого для питания автомобилей, работающих на водородном топливе.
Используя только воду, железо, никель и электричество можно получить водородную энергию значительно дешевле, чем раньше.
В недавнем исследовании, опубликованном в Nature Communications , ученые из UNSW Сидней, Университета Гриффита и Технологического университета Суинберна показали, что захват водорода путем отделения его от кислорода в воде получается при использовании в качестве катализаторов недорогих металлов: железа и никеля, ускоряющих эту химическую реакцию и при этом требуя, меньше энергии.
Железо и никель, распространены на Земле и могут заменить драгоценные металлы рутений, платину и иридий, которые до сих пор считались эталонными катализаторами в процессе «расщепления воды».
Профессор Школы химии UNSW Чуан Чжао говорит, что при расщеплении воды два электрода подают электрический заряд на воду, что позволяет отделить водород от кислорода и использовать его в качестве энергии в топливном элементе.
«Мы покрываем электроды катализатором, чтобы снизить потребление энергии», — отмечает Чуан Чжао. «На катализаторе находится крошечная наноразмерная разделительная граница, где атом железа и атом никеля встречаются; и эта граница становится активным местом для расщепления воды. Именно здесь водород отделяют от кислорода и улавливают в качестве топлива, а кислород выделяют в виде экологически чистых отходов».
В 2015 году команда профессора Чжао изобрела никель-железный электрод для генерации кислорода с рекордно высокой эффективностью. Тем не менее, профессор Чжао считает, что железо и никель сами по себе не являются хорошими катализаторами для выработки водорода, но когда они объединяются в наномасштабе, «тогда происходит волшебство».
«Наноразмерный интерфейс в корне меняет свойства этих материалов», - говорит он. «Наши результаты показывают, что никель-железный катализатор может быть таким же активным, для генерации водорода, как и платиновый».
«Дополнительным преимуществом является то, что никель-железный электрод может катализировать как образование водорода, так и кислорода, поэтому появляется возможность не только сократить производственные затраты, используя богатые землей элементы, но и затраты на изготовление одного катализатора вместо двух».
В настоящее время в экономике, связанной с ископаемым топливом, есть огромный стимул для перехода на водородную энергетику и использование водорода в качестве носителя чистой энергии.
Железо и никель стоят 0,13 долл. США и 19,65 долл. США за килограмм. Для сравнения, рутений, платина и иридий стоят 11,77, 42,13 и 69,58 долларов за грамм, то есть в тысячи раз дороже.
Профессор Чжао говорит, что если технологии водородной энергетики будут развиваться и дальше, то однажды появятся станции заправки водородом, где станет возможно заправить автомобиль с водородными топливными элементами водородным газом, полученным в результате реакции расщепления воды. Заправка будет занимать считанные минуты, а не часы, как зарядка электромобиля с литиевым аккумулятором.
«Мы надеемся, что наши исследования будут использованы для производства водорода с участием воды, солнечной энергии и недорогих, но эффективных катализаторов».