Revolutionärer Katalysator steigert die Effizienz der Produktion von grünem Wasserstoff erheblich

Korea Research Institute of Standards and Science, Daejeon, Südkorea

Grüner Wasserstoff, der durch Wasserelektrolyse hergestellt wird, ist eine umweltfreundliche Energiequelle der nächsten Generation, da bei der Herstellung keine Schadstoffe wie Kohlendioxid entstehen. Katalysatoren spielen eine entscheidende Rolle im Wasserelektrolyseprozess und spalten Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Die Effizienz der Produktion von grünem Wasserstoff hängt maßgeblich von der Leistung dieser Katalysatoren ab. Daher hängt die Kommerzialisierung von grünem Wasserstoff von der Entwicklung kostengünstiger Katalysatoren ab, die in der Lage sind, über längere Zeiträume eine hohe Leistung aufrechtzuerhalten.

Forschern in Korea ist es gelungen, ein neues Material zu entwickeln, das die Effizienz der Produktion von grünem Wasserstoff erheblich steigert und gleichzeitig die Kosten senkt.

Das Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) hat einen Hochleistungskatalysator aus unedlen Metallen für den Einsatz in der Wasserelektrolyse mit Anionenaustauschmembranen (AEM) entwickelt. Der neu entwickelte Katalysator ist nicht nur günstiger als edelmetallbasierte Alternativen, sondern weist auch eine überlegene Leistung auf und bringt die Kommerzialisierung von grünem Wasserstoff einen Schritt näher.

Derzeit basieren AEM-Wasserelektrolysesysteme überwiegend auf Edelmetallkatalysatoren wie Platin (Pt) und Iridium (Ir). Allerdings erhöhen die hohen Kosten dieser Materialien und ihre Anfälligkeit für Abbau die Kosten der Wasserstoffproduktion erheblich. Um diese Herausforderung zu meistern, ist die Entwicklung langlebiger und erschwinglicher Basismetallkatalysatoren unerlässlich.

Der KRISS Emerging Material Metrology Group ist es gelungen, Katalysatoren aus unedlen Metallen zu entwickeln, indem eine kleine Menge Ruthenium (Ru) in ein Molybdändioxid mit Nickel-Molybdän-Struktur (MoO 2-Ni4Mo) eingebracht wurde. Während Molybdändioxid eine hohe elektrische Leitfähigkeit bietet, ist seine Verwendung als Wasserelektrolysekatalysator aufgrund der Zersetzung in alkalischen Umgebungen begrenzt.

Durch eine umfassende Strukturanalyse identifizierten die Forscher die Adsorption von Hydroxidionen (OH-) an Molybdändioxid als Hauptursache für den Abbau.

Aufbauend auf diesen Erkenntnissen entwickelten sie eine Methode, Ruthenium in einem optimalen Verhältnis einzuarbeiten, um den Abbau von Molybdändioxid zu verhindern. Die resultierenden Ruthenium-Nanopartikel mit einer Größe von weniger als 3 Nanometern bilden eine dünne Schicht auf der Oberfläche des Katalysators, verhindern so den Abbau und erhöhen die Haltbarkeit.

Leistungsbewertungen ergaben, dass die neu entwickelten Katalysatoren im Vergleich zu bestehenden kommerziellen Materialien eine viermal längere Haltbarkeit und mehr als sechsmal höhere Aktivität bieten.

Darüber hinaus erreichten die Katalysatoren bei Integration mit einer Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle einen bemerkenswerten Solar-zu-Wasserstoff-Wirkungsgrad von 22,8 Prozent, was ihre starke Kompatibilität mit erneuerbaren Energiequellen unterstreicht.

Die Katalysatoren zeigten auch in Salzwasser eine hohe Aktivität und Stabilität und erzeugten hochwertigen Wasserstoff. Es wird erwartet, dass diese Fähigkeit die mit der Entsalzung verbundenen Kosten erheblich senken wird.

Dr. Sun Hwa Park, Hauptforscher der KRISS Emerging Material Metrology Group, sagte:„Derzeit ist für die Herstellung von grünem Wasserstoff gereinigtes Wasser erforderlich, aber die Verwendung von echtem Meerwasser könnte die mit der Entsalzung verbundenen Kosten erheblich senken. Wir planen, unsere Forschung in diesem Bereich fortzusetzen.“

Diese Forschung wurde vom KRISS MPI Lab Program unterstützt und in Zusammenarbeit mit dem Team von Professor Ho Won Jang an der Seoul National University und dem Team von Dr. Sung Mook Choi am Korea Institute of Materials Science durchgeführt.

Die Ergebnisse wurden in der Juli-Ausgabe von Applied Catalysis B:Environmental and Energy veröffentlicht (IF:20.2), eine führende Zeitschrift im Bereich Chemieingenieurwesen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Eunhye Bae unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.