清洁能源的充足供应是在明处。我们可以从水中提取氢气(H2O)使用可再生能源。科学家正在寻求低成本生产清洁的方法从水中氢取代化石燃料,作为应对气候变化的任务的一部分。
氢可以汽车在排放水。氢也是一个重要的化学对于许多工业生产过程,特别是在炼钢和氨生产。在这些行业中使用更清洁的氢是非常可取的。
通过使用钴基催化剂由我们的方法,可以消除成本的主要瓶颈在电解槽生产清洁的氢。
资深药剂师Di-Jia刘阿贡
多机构研究团队由美国能源部(DOE)的阿贡国家实验室开发了一种低成本的催化剂这一过程收益率从水清洁的氢。其他贡献者包括能源部的桑迪亚国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室,以及杜松子酒有限公司
“一个过程叫做电解产生氢气和氧气从水和已经存在了一个多世纪以来,“高级药剂师阿尔贡Di-Jia Liu说。他还拥有共同任命普利兹克芝加哥大学的分子工程学院。
质子交换膜(PEM)电解槽代表了新一代的技术这一过程。他们可以把水分解成氢和氧和更高的效率在室温附近。减少能源需求使他们的理想选择生产清洁的氢通过使用可但间歇性可再生能源,如太阳能和风能。
这电解槽运行单独的催化剂的电极(阴极和阳极)。阴极催化剂氢产量,而阳极催化剂形成氧气。一个问题是,阳极催化剂使用铱,它有一个当前的市场价格约为每盎司5000美元。铱的供应不足和高成本构成主要障碍PEM电解槽的广泛采用。
新催化剂的主要成分是钴,大大低于铱。“我们试图开发一种低成本的PEM电解槽阳极催化剂生成氢在高吞吐量而消耗最少的能源,”刘说。“通过使用钴基催化剂由我们的方法,可以消除成本生产清洁的主要瓶颈氢电解槽。”
杜松子酒Inc .领先的研究和开发公司工作对电解槽和燃料电池的商业化,评估新催化剂使用PEM电解槽在工业操作条件下测试站。的性能和耐久性远远超过竞争对手的催化剂。
重要的是进一步推进催化剂性能了解反应机理在电解槽的操作条件下在原子尺度。团队破译关键结构变化发生在操作条件下催化剂使用x射线分析先进的光子源在阿贡(APS)。他们还确定了关键的催化剂特性使用电子显微镜在桑迪亚实验室和阿贡的纳米材料中心(CNM)。APS和CNM能源部科学办公室用户设备。
“我们成像表面的原子结构的新催化剂在不同阶段的准备,”阿贡材料科学家建国温说。
此外,伯克利国家实验室的计算模型显示重要见解的催化剂在反应条件下的耐久性。
团队的成就是一个一步能源部的氢能源Earthshot倡议,模仿美国太空计划的1960年代的“登月”。其雄心勃勃的目标是降低绿色制氢的成本1美元每公斤十年。生产绿色氢气的成本可能会重塑这个国家的经济。应用包括电网、制造业、交通、住宅和商业供暖。
“更普遍的是,我们的结果建立一个有前途的前进道路取代昂贵的贵金属制成的催化剂元素更便宜更丰富,“刘说。
这项研究是在5月12日的《科学》杂志上发表,并由美国能源部能源效率和可再生能源办公室,氢和燃料电池技术办公室,由阿贡实验室以及定向研发资金。
除了刘,阿贡作者莉娜庄(现在在上海交通大学),建国,海萍,a·杰里米Kropf Wenqian徐和林Xiao-Min。作者从伯克利实验室包括办事高,不知李和Ling-Wang王。作者从桑迪亚实验室约书亚·d·糖。贡献者扎克绿色和回族徐是杜松子酒有限公司
来源:https://www.anl.gov/