Energia és mobilitás zöld szemszögből

Új fémötvözet alapú elektrolízis elektródák

2020. július 13. • írta: ZöldEnergia

A hidrogén alapú energiatermelés és tárolás nagy valószínűséggel fontos része lesz a szén-mentes jövőnek. Emiatt komoly kutatóprogramok célja az, hogy az elektromos áram segítségével történő hidrogén gyártást a lehető leghatékonyabban és költségtakarékosan tudjuk megoldani. A Hong Kong-i Városi Egyetem (City University of Hong Kong) kutatócsoportja egy nagy hatékonyságú elektrokatalizátort fejlesztett ki, mégpedig egy teljes új gyártási technológiát felhasználva, amelyet eredetileg fémötvözetek előállítására találtak ki.

femotvozet.jpg

Az új gyártási eljárásnak köszönhetően az elektrolízis során elektródaként felhasznált ötvözet nagy mennyiségben és a jelenlegi előállítási folyamatokhoz képest lényegesen olcsóbban készíthető el, aminek segítségével várhatóan teljesen új korszakot nyithatunk majd meg a hidrogén elektrolízissel való előállítása terén, írja a Green Gar Congress.

A jelenleg leggyakrabban alkalmazott, fosszilis energiahordozókra épülő hidrogén gyártási eljárásokhoz képest a víz elektrokémiai bontásán (elektrolízis) alapuló hidrogén előállítás környezetbarát [a felhasznált áram eredetétől függően, a szerk.] és ipari szinten is elérhető folyamat. A most rendelkezésre álló üzemek azonban rendszerint nemesfém, például platina vagy palládium alapú elektródákkal rendelkeznek. Ezek magas ára és viszonylag szűkös elérhetősége miatt az elektrolízis alapú hidrogén gyártás viszonylag szűk ipari keresztmetszettel bír csak. Ezt a problémát oldják meg az új kutatás eredményei.

A kutatócsoport az egyetem két mérnöki tanszékének tagjaiból állt. Az együttműködés eredményei az Advanced Materials szaklap oldalain jelentek meg. A kiindulási pont egy teljesen új fémötvözet gyártási eljárás volt, amely segíségével úgynevezett magas-entrópiájú többfémes ötvözeteket lehet készíteni. Ez az eljárás arra volt hivatott választ adni, hogy miként lehet a megfelelő egyensúlyt megtalálni a fémötvözetek sűrűsége és alakíthatósága (angolul ductility) között. A megoldás a nagy sűrűségű többfémes nanorészecskék fémekhez való hozzáadása volt, amely eredményeket már korábban, a Science szaklapban publikálták a szerzők. [Ennek könnyebben 'emészthető' leírása itt található, a szerk.]

Az eredmények kiértékelés során világossá vált, hogy ezek a nagy-entrópiás többfémes ötvözetek atomi szinten rendezett rendszerek is, amelyek kémiai tulajdonságai, a többfajta fém alkotónak köszönhetően, segíthetnek bizonyos elektro-katalitikus reakciók felgyorsításában is. Vagyis a rendelkezésre álló gyártási technológiával talán sikerül új, nagy teljesítményű elektródákat is készíteni.

Az úgynevezett magas entrópiájú ötvözetek (angolul high-entropy alloys, HEAs) általában olyan, legalább négy különböző fém alkotott ötvözetek, amelyek nagyon jó mechanikai, kémiai vagy más fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek a nagymértékű keveredésnek köszönhetően. A változatos összetétel miatt rengeteg lehetőség van a tulajdonságok változtatására. A hagyományos HEA ötvözetek rendszerint durva keverékek, ahol az atomok keveredése nem teljesen rendezetten történik, vagyis a tényleges atomi szintű kölcsönhatások viszonylag nehezen hangolhatók elektrokémiai szempontból.

Vannak viszont olyan fémes ötvözetek, vagy olyan több alkotóelemes fém és nem-fémes elemeket tartalmazó ötvözetek, ahol a kristályrendszer adott, és jelentősen különbözik más fémektől vagy ötvözetektől. Az ilyen előre meghatározható kristályrendszerek lehetőséget adnak az atomi szintű rendezettség, és az ezzel járó (elektro-)kémiai aktivitás hangolására is. Ezidáig azonban a kutatások csak két kémiai elemből álló ötvözetekkel foglalkoztak csak.

A mostani eredmények tehát a magas entrópiájú ötvözetek ötletét kombinálják a többfémes, rendezett struktúrájú többfémes komponensekkel, aminek köszönhetően atomi szinten rendezett és hangolható kémiai tulajdonságú új ötvözeteket lehet előállítani.

Az új eredmények vas, kobalt, nikkel, alumínium és titán alapú, atomi szinten rendezett ötvözeteket írnak le. Ezek vegyszeres kezelésével olyan dentrit-szerű porózus felületeket lehet létrehozni, amelyek a nagyságrendekkel nagyobb rendelkezésre álló felületen sokkal nagyobb elektrokémiai aktivitással rendelkeznek, mint bármely korábbi hasonló rendszer. Az elektronmikroszkópos és spektroszkópiás elemzések bizonyították, hogy a megfelelő atomi elrendezésnek köszönhetően új elektromos tulajdonságokkal rendelkezik ez a felszín, amely különösen hatékony a víz bontásában, főleg a lúgos elektrolízis során.

A kutatók szerint az új ötvözet gyártási eljárás új utakat fog megnyitni az ipari alkalmazások előtt. Mivel a nemesfémekhez képest sokkal olcsóbb, úgynevezett átmeneti fémeket használnak fel, az új elektrolízis elektródák sokkal olcsóbban és nagyobb mennyiségben állíthatók elő, amely végre megnyithatja majd az utat az ipari szintű elektrolízis előtt.

Szólj hozzá!

A bejegyzés trackback címe:

https://zoldenergia.blog.hu/api/trackback/id/tr915990424

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.
süti beállítások módosítása