Ny studie: Innovativ katalysator utnyttjar vatten för enklare produktion av grön väte för hållbar energi

StockholmForskare har utvecklat en ny katalysator för att producera grön vätgas. Traditionella metoder använder metan, en sorts fossilt bränsle, vilket släpper ut mycket koldioxid som skadar miljön. Ett bättre alternativ är vattenelektrolys, särskilt om förnybar energi används. Men det kräver effektiva katalysatorer för att dela upp vatten i väte och syre. Vanligtvis behövs sällsynta ämnen som platina och iridium för detta.

Protonutbytesmembran (PEM) teknologi är ett lovande sätt att utföra vattensönderdelning eftersom det kan uppnå höga hastigheter och energieffektivitet. Däremot är PEM-systemen för närvarande beroende av iridium för sina anodkatalysatorer. Iridium är både sällsynt och dyrt, vilket försvårar storskalig produktion av grön väte. Nyligen gjorde en grupp forskare framsteg genom att hitta alternativ till iridium. De skapade en ny katalysator som utnyttjar vattnets egenskaper för att säkerställa stabilitet och effektivitet i produktionen av grön väte. Denna katalysator är oberoende av iridium.

Forskargruppen består av medlemmar från ICFO, däribland Ranit Ram, Dr. Lu Xia, Dr. Anku Guha, Dr. Viktoria Golovanova, Dr. Marinos Dimitropoulos, Aparna M. Das och Adrián Pinilla-Sánchez, och leds av Prof. F. Pelayo García de Arquer. Andra medlemmar kommer från Institutet för kemisk forskning i Katalonien (ICIQ), Kataloniens Institut för vetenskap och teknik (ICN2), det franska nationella centret för vetenskaplig forskning (CNRS), Diamond Light Source och Institutet för avancerade material (INAM).

Katalysatorer som inte innehåller iridium har en stor svaghet: de bryts ner i mycket sura miljöer. Iridiumoxider, däremot, är stabila och fungerar utmärkt, vilket är anledningen till att de används flitigt. Försök har gjorts att använda andra material, som mangan- och koboltoxider, men dessa brukar inte klara de höga strömnivåer som krävs för industriellt bruk.

Den nya metoden använder kobolt-tungstenoxid (CoWO4 eller CWO) och innefattar en delaminationsprocess. Under denna process ersätts tungstenoxider (WO4 2-) med vatten (H2O) och hydroxylgrupper (OH-). Denna basiska miljö underlättar integrationen av vatten i katalysatorns struktur.

Läs också:

Idag · 17:22

Nya insikter: upptäckter av kolföreningar och peroxider på Charon

Forskarna använde olika metoder, såsom infraröd, Raman och röntgenspektroskopi, för att undersöka det nya materialet medan det var i bruk. De upptäckte att fångat vatten och hydroxylgrupper var mycket viktiga för materialets aktivitet och stabilitet. Dr. Hind Benzidis modellering visade att det fångade vattnet bidrog till att göra katalysatorn stabil i sura miljöer.

Den behandlade CoWO4-katalysatorn testades i en PEM-reaktor. Den uppnådde en strömtäthet på 1 A/cm² och behöll stabilitet i över 600 timmar även vid höga strömtätheter.

Den nya katalysatorn fungerar mycket bättre jämfört med äldre varianter som inte använde iridium. Teamet tror att tillsats av vatten och hydroxylgrupper också kan förbättra andra material. För närvarande undersöker de möjligheten att använda mangan och nickel som alternativ.

Teamet har redan ansökt om patent för sin nya katalysator och planerar att producera den i större skala. Prof. García de Arquer nämnde att de är villiga att testa alla element vid behov. Ranit Ram tillade att framsteg inom förnybar energi bidrar till att bekämpa klimatförändringarna. Denna nya utveckling tar oss närmare hållbar produktion av väte utan behov av sällsynta material som iridium.