Так как солнечная и ветровая энергия не всегда доступна, она будет только значительно способствовать удовлетворению энергетическим требованиям, как только надежный метод хранения был разработан. Один многообещающий подход к этой проблеме – хранение в форме водорода.
Этот процесс требует электролизера, который использует электричество, произведенное солнечным или энергией ветра разделить воду на водород и кислород. Водород служит энергоносителем. Это может быть сохранено в баках и позже преобразовало назад в электроэнергию с помощью топливных элементов. Этот процесс может быть выполнен в местном масштабе в местах, где энергия необходима, такие как внутренние места жительства или автомобили на топливных элементах, позволяя подвижность без выбросов CO2.
Недорогой и эффективныйИсследователи в Институте Пола Шеррера, PSI теперь развивали новый материал, который функционирует как катализатор в электролизере и таким образом ускоряет разделение молекул воды: первый шаг в производстве водорода. «В настоящее время есть два типа электролизеров на рынке: каждый эффективный, но дорогой, потому что его катализаторы содержат благородные металлы, такие как иридий.
Другие более дешевые, но менее эффективные», объясняет Эмилиана Фэббри, исследователь в Институте Пола Шеррера. «Мы хотели развивать эффективный, но менее дорогой катализатор, который работал, не используя благородных металлов».Исследуя эту процедуру, исследователи смогли использовать материал, который был уже развит: запутанное соединение бария элементов, стронция, кобальта, железа и кислорода – так называемый перовскит. Но они были первыми, чтобы развивать технику, позволяющую ее производство в форме миниатюрных наночастиц. Это – форма, требуемая для него функционировать эффективно, так как катализатор требует большой площади поверхности, на которой многие реактивные центры в состоянии ускорить электрохимическую реакцию.
Как только отдельные частицы катализатора были сделаны как можно меньше, их соответствующее объединение поверхностей, чтобы создать намного большую полную площадь поверхности.Исследователи использовали так называемое устройство брызг пламени, чтобы произвести этот нанопорошок: устройство, управляемое Empa, который посылает составные части материала через пламя, где они сливаются и быстро укрепляются в мелкие частицы, как только они оставляют пламя. «Мы должны были найти способ управлять устройством, которое достоверно гарантировало укрепление атомов различных элементов в правильной структуре», подчеркивает Фаббри. «Мы также смогли изменить содержание кислорода в случае необходимости, позволив производство различных материальных вариантов».
Успешные полевые тестыИсследователи смогли показать, что эти процедуры работают не только в лаборатории, но также и на практике. Производственный метод обеспечивает большие количества порошка катализатора и может быть сделан легко доступным для промышленного использования. «Мы стремились проверить катализатор в полевых условиях. Конечно, у нас есть средства для теста на PSI, способном к исследованию материала, но его стоимость в конечном счете зависит от его пригодности для промышленных клеток электролиза, которые используются в коммерческих электролизерах», говорит Фаббри.
Исследователи проверили катализатор в сотрудничестве с производителем электролизеров в США и смогли показать, что устройство работало более достоверно с новым PSI-произведенным перовскитом, чем с обычным окисным иридием катализатором.Исследование в миллисекундахИсследователи также смогли провести точные эксперименты, которые предоставили достоверную информацию о том, что происходит в новом материале, когда это активно. Это включенное изучение материал с рентгеном в швейцарском Источнике света PSI SLS.
Это средство предоставляет исследователям уникальную контрольно-измерительную станцию, способную к анализу условия материала по последовательным промежуткам всего 200 миллисекунд. «Это позволяет нам наблюдать изменения в катализаторе во время каталитической реакции: мы можем наблюдать изменения в электронных свойствах или расположении атомов», говорит Фаббри. На других предприятиях каждое отдельное измерение занимает приблизительно 15 минут, обеспечивая только усредненное изображение в лучшем случае» Эти измерения также показали, как структуры частицы появляются изменение, когда активный – части материала становятся аморфными, что означает, что атомы в отдельных областях однородно больше не устраиваются. Неожиданно, это делает материал лучшим катализатором.Используйте в платформе ESI
Работа над развитием технологических решений для энергетического будущего Швейцарии – существенный аспект исследования, выполненного в PSI. С этой целью PSI делает свой ESI (Интеграция энергетической системы) экспериментальной платформой доступный исследованию и промышленности, позволяя многообещающим решениям быть проверенным во множестве сложных контекстов.
Новый катализатор обеспечивает важную основу для развития нового поколения водных электролизеров.