Waterstof wordt beschouwd als de dichtstbijzijnde groene energiebron, omdat het alleen zuurstof en water uitstoot. Er zijn verschillende methoden waarmee grijze, blauwe en groene waterstof worden geproduceerd. Het proces en het type waterstof dat wordt geproduceerd, zijn afhankelijk van de energiebron en de koolstofuitstoot. Van deze, groene waterstof productie is de meest milieuvriendelijke methode zonder CO2-uitstoot. Daarom zoeken onderzoekers naar een manier om de productie van groene waterstof uit actieve MXenes te verbeteren.
Een onderzoeksteam van de Korea Instituut voor Wetenschap en Technologie (KIST) onder leiding van Dr. Albert Sung Soo Lee in samenwerking met de groep van Professor Chong Min Koo aan de Sungkyunkwan Universiteit, heeft een oxidatief ontwikkeld stabiele molybdeen-gebaseerde MXene als elektrokatalysatorondersteuning in anionenuitwisselingsmembraanwaterelektrolysers.
Het onlangs gepubliceerde rapport benadrukt hoe MXene is stabiel tegen oxidatieve hoogspanningsomstandigheden. Het experiment toont aan dat Mxene gebruikt kan worden als een zuurstof evolutie reactie elektrode materiaal voor het produceren van groene waterstof. Dit kan ook de productiekosten verlagen.
Groene waterstofproductie en behoefte aan MXene
Er is veel energie nodig om water te splitsen in waterstof- en zuurstofmoleculen. Een katalysator met kleine nanodeeltjes die een groter oppervlak voor de reactie bieden, kan de energie die nodig is voor het proces verlagen.
De efficiëntie van de waterstofproductie neemt echter af naarmate de katalysatordeeltjes agglomereren. Om dit te voorkomen wordt koolstof voornamelijk gebruikt als kathode, maar het oxideert tot CO2 tijdens de oxidatiereactie van de anode.
Dus, Mxene, de nanomaterialen worden gebruikt als dragers. Omdat ze zijn samengesteld uit metaalatomen (Mo, Ti, Ta, Hf, etc.), en koolstof- of stikstofatomen, vertonen ze elektrisch geleidende eigenschappen. Ook hebben ze een 2D nanostructuur die geschikt is om de katalysator te ondersteunen. Deze eigenschappen maken ze gunstig voor waterstofproductie.
In een ander onderzoek, Onderzoekers van de UT ontwikkelen waterstofbrandstof uit ijzerrijke rotsen.
Hoogtepunten: Verbeterde groene waterstofproductie van actieve MXenes
- MXenes zijn op titanium gebaseerd en vanwege hun atomaire aard oxideren ze gemakkelijk in water. Dit leidde tot het inherente nadeel van de katalysator dat deze geen hoge elektrische geleidbaarheid kon behouden.
- Om deze beperking te overwinnen, ontwikkelde het team een op molybdeencarbide gebaseerd MXene als ondersteunende katalysator.
- MXene op basis van molybdeen creëert sterke verbindingen tussen molybdeenatomen en actieve materialen (kobalt) op het oppervlak.
- De waterstofproductie wordt 2.45 keer verhoogd vanwege de chemische bindingen die tijdens de reactie ontstaan.
- De celduurzaamheid verbetert met een factor 10 vergeleken met de resultaten van de nieuwste MXene op titaniumbasis (die minder dan 40 uur duurde).
- De nieuwe aanpak verlaagt de productiekosten van groene waterstof.
- Het zal worden toegepast in grootschalige waterstofproductie-installaties en elektriciteitscentrales.
Nog een Doorbraak in groene energie: Catalyst verlaagt iridiumgebruik met 95% in waterstofelektrolysers.
Dr. Albert Sung Soo Lee van KIST zegt: “Door de elementen waaruit MXene bestaat te controleren, konden we geschikte kandidaten vinden voor groene waterstofproductieomgevingen, en op die manier hebben we een stabiele MXene-ondersteuning in een oxiderende omgeving veiliggesteld.”
“In de toekomst zullen we bijdragen aan de revitalisering van de waterstofeconomie door de ontwikkeling van zuurstofgenererende elektrodekatalysatoren met katalytische efficiëntie en duurzaamheid,” Dr. Lee voegde toe.
