Звуковые волны могут привести системы электролиза в высокочастотные колебания и, таким образом, значительно увеличить выход водорода. Такая система не требует дорогих электродов из платиновых металлов и щелочных или кислых растворов электролитов.
Зеленый водород производится путем расщепления молекул воды на кислород и водород посредством электролиза. Для повышения эффективности этого процесса обычно используют электроды из дорогих платиновых металлов. Кроме того, используются щелочные или сильнокислые растворы электролитов, вызывающие быструю коррозию систем.
Другие системы электролиза, в которых используются нейтральные электролиты и гораздо более дешевые электродные материалы, до сих пор были гораздо менее эффективными, поскольку газ скапливается на электродах и затрудняет дальнейшие реакции. Теперь ученые из Университета RMIT усовершенствовали такую систему электролиза с помощью звуковых волн, чтобы она могла расщеплять воду с высокой эффективностью.
Система электролиза с вибрацией
Согласно их публикации в журнале Advanced Energy Materials, исследователи под руководством Йемаймы Эрнст проверили, что происходит, когда система электролиза с нейтральными электролитами и недорогими электродными материалами заставляет вибрировать высокочастотные звуковые волны. Для этого они разработали электрохимическую реакционную ячейку на основе пьезоэлектрического материала ниобата лития, которая может генерировать высокочастотный звук и поверхностные волны в жидкой среде. В качестве электролита использовали фосфат натрия.
Выход водорода в 14 раз выше
Измерения показали, что колебания жидкой среды электрохимической ячейки увеличивают выход водорода электролизной системы в 14 раз. Как объясняет Лесли Йео, это происходит в первую очередь потому, что высокочастотные вибрации предотвращают образование пузырьков газа на электродах.
«Это важное преимущество для проводимости и стабильности электродов».
Кроме того, звуковые волны также влияют на связь и структуру молекул воды, ослабляя или даже разрывая водородные связи. Это создает свободные молекулы воды, которые легче отделить электрохимически. По словам Амгада Резка, это значительно упрощает извлечение водорода.
«Звуковые волны значительно облегчают извлечение водорода из воды. Это устраняет необходимость в агрессивных электролитах и дорогих платиновых или иридиевых электродах».
Эффективное и дешевое производство водорода
По словам разработчиков, их технология позволяет эффективно и недорого производить водород без использования агрессивных электролитов и платиновых электродов.
«Наш подход — это практически применимый и рентабельный способ производства зеленого водорода с использованием дешевых, широко доступных электродов, которые считаются неэффективными».
В настоящее время исследователи работают над дальнейшей оптимизацией вибрационного модуля и его интеграцией в обычные системы электролиза.
«Мы ожидаем, что выход может быть улучшен еще больше с более высокой плотностью тока».