Waterstof wordt beschouwd als de meest veelbelovende groene energiebron, omdat het alleen zuurstof en water uitstoot. Er zijn verschillende methoden voor de productie van grijze, blauwe en groene waterstof. Het proces en het type waterstof dat wordt geproduceerd, hangen af van de energiebron en de koolstofuitstoot. Van deze methoden is de productie van groene waterstof de meest milieuvriendelijke, zonder CO2-uitstoot. Onderzoekers zijn daarom op zoek naar manieren om de productie van groene waterstof uit actieve MXenes te verbeteren.
Een onderzoeksteam van het Korea Institute of Science and Technology (KIST), onder leiding van Dr. Albert Sung Soo Lee , heeft in samenwerking met de groep van Professor Chong Min Koo aan de Sungkyunkwan Universiteit een oxidatief stabiele molybdeen-gebaseerde MXene ontwikkeld als elektrokatalysatorondersteuning in anionenuitwisselingsmembraan-waterelektrolyzers.
Het recent gepubliceerde rapport benadrukt hoe MXene stabiel is onder oxiderende hoogspanningsomstandigheden . Het experiment toont aan dat MXene gebruikt kan worden als elektrodemateriaal voor de zuurstofontwikkelingsreactie om groene waterstof te produceren. 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 ontwikkelen onderzoekers van UT waterstofbrandstof uit ijzerrijke gesteenten.
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: katalysator verlaagt iridiumgebruik met 95% in waterstofelektrolyzers.
Dr. Albert Sung Soo Lee van KIST zegt: "Door de elementen waaruit MXene is opgebouwd te beheersen, konden we geschikte kandidaten vinden voor productieomgevingen voor groene waterstof, en zo hebben we een stabiele MXene-drager in een oxiderende omgeving kunnen garanderen."
"In de toekomst zullen we bijdragen aan de heropleving van de waterstofeconomie door zuurstofgenererende elektrodekatalysatoren te ontwikkelen met een hoge katalytische efficiëntie en duurzaamheid," voegde dr. Lee eraan toe.
