Neuer Katalysator produziert effizient Wasserstoff aus Meerwasser
Meerwasser ist eine der reichhaltigsten Ressourcen der Erde und bietet vielversprechende Möglichkeiten sowohl als Wasserstoffquelle - wünschenswert als Quelle sauberer Energie - als auch als Trinkwasserquelle in trockenen Klimazonen. Aber auch wenn die Technologien zur Wasserspaltung, die Wasserstoff aus Süßwasser erzeugen können, effektiver geworden sind, ist Meerwasser eine Herausforderung geblieben.
Forscher der University of Houston haben einen bedeutenden Durchbruch bei der Herstellung von Wasserstoff und sauberem Trinkwasser aus Meerwasser, einer der reichsten Ressourcen der Erde, erzielt.
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Forscher der University of Houston haben einen signifikanten Durchbruch mit einem neuen Katalysator für die Sauerstoffevolution erzielt, der in Kombination mit einem Katalysator für die Wasserstoffevolution Stromdichten erreicht hat, die in der Lage sind, industrielle Anforderungen zu erfüllen und gleichzeitig eine relativ niedrige Spannung benötigen, um die Seewasserelektrolyse zu starten.
Forscher sagen, dass das Gerät, das aus preiswerten unedlen Metallnitriden besteht, es schafft, viele der Hindernisse zu umgehen, die frühere Versuche, Wasserstoff oder sauberes Trinkwasser aus Meerwasser kostengünstig herzustellen, behindert haben.
Zhifeng Ren, Direktor des Texas Center for Supraleitung an der UH und ein entsprechender Autor für das Papier, sagte, dass ein Haupthindernis das Fehlen eines Katalysators war, der Meerwasser effektiv spalten kann, um Wasserstoff zu produzieren, ohne auch Ionen von Natrium, Chlor, Kalzium und anderen Komponenten von Meerwasser freizusetzen, die sich nach der Befreiung auf dem Katalysator absetzen und ihn inaktiv machen können. Chlorionen sind besonders problematisch, auch weil Chlor nur eine geringfügig höhere Spannung benötigt, als zur Freisetzung von Wasserstoff benötigt wird.
Die Forscher testeten die Katalysatoren mit Meerwasser aus der Galveston Bay vor der texanischen Küste. Ren, M.D. Anderson Chair Professor für Physik an der UH, sagte, es würde auch mit Abwasser funktionieren und eine weitere Quelle für Wasserstoff aus Wasser liefern, das ohne aufwändige Behandlung sonst unbrauchbar wäre.
"Die meisten Menschen nutzen sauberes Süßwasser, um Wasserstoff durch Wasserspaltung zu erzeugen", sagte er. "Aber die Verfügbarkeit von sauberem Süßwasser ist begrenzt."
Um den Herausforderungen zu begegnen, entwarfen und synthetisierten die Forscher einen dreidimensionalen Kern-Schale-Reaktor für die Sauerstoffentwicklung unter Verwendung von Übergangsmetallnitrid mit Nanopartikeln aus einer Nickel-Eisen-Nitrid-Verbindung und Nickel-Molybdän-Nitrid-Nanostäbchen auf porösem Nickelschaum.
Erstautor Luo Yu, ein Postdoc-Forscher an der UH, der auch mit der Central China Normal University verbunden ist, sagte, dass der neue Katalysator für die Sauerstoffevolution mit einem zuvor berichteten Katalysator für die Wasserstoffevolution von Nickel-Molybdän-Nitrid-Nanostäbchen gepaart wurde.
Die Katalysatoren wurden in einen Zwei-Elektroden-Alkali-Elektrolyseur integriert, der durch Abwärme über eine thermoelektrische Vorrichtung oder durch eine AA-Batterie betrieben werden kann.
Die Zellspannungen, die erforderlich sind, um eine Stromdichte von 100 Milliampere pro Quadratzentimeter (ein Maß für die Stromdichte oder mA cm-2) zu erzeugen, lagen zwischen 1.564 V und 1.581 V.
Die Spannung ist signifikant, sagte Yu, denn während eine Spannung von mindestens 1,23 V erforderlich ist, um Wasserstoff zu erzeugen, wird Chlor bei einer Spannung von 1,73 V erzeugt, was bedeutet, dass die Vorrichtung in der Lage sein musste, sinnvolle Stromdichten mit einer Spannung zwischen den beiden Stufen zu erzeugen.
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