Найден дешевый способ получить энергию из воды

Автомобили, работающие на водороде, могут вскоре стать чем-то большим, чем просто интересная новинка, после того, как группа ученых под руководством UNSW продемонстрировала гораздо более дешевый и устойчивый способ производства водорода, необходимого для их питания.

В недавнем исследовании, опубликованном в Nature Communications, ученые показали, что захват водорода путем отделения его от кислорода в воде может быть достигнут при использовании в качестве катализаторов недорогих металлов, таких как железо и никель, что ускоряет химическую реакцию, требующую меньше энергии.

Железо и никель, которые в изобилии присутствуют на Земле, заменят дорогие металлы рутений, платину и иридий, которые до сих пор считались эталонными катализаторами в процессе «расщепления воды».

Профессор Школы химии UNSW Чуан Чжао говорит, что при расщеплении воды два электрода подают электрический заряд на воду, что позволяет отделить водород от кислорода и использовать его в качестве энергии в топливном элементе.

«То, что мы делаем, это покрываем электроды нашим катализатором, чтобы уменьшить потребление энергии», — говорит он. «На этом катализаторе имеется крошечная наноразмерная граница раздела, где железо и никель встречаются на атомном уровне, который становится активным местом для расщепления воды. Именно здесь водород может быть отделен от кислорода и захвачен в качестве топлива, а кислород быть выпущен как экологически чистые отходы».

Еще в 2015 году команда профессора Чжао изобрела железо-никелевый электрод для генерации кислорода с рекордно высокой эффективностью. Тем не менее, профессор Чжао говорит, что железо и никель сами по себе не являются хорошими катализаторами для выработки водорода, но если они объединяются в наномасштабе, «там происходит волшебство».

«Наноразмерный масштаб в корне меняет свойства этих материалов», — говорит он. «Наши результаты показывают, что железо-никелевый катализатор может быть таким же активным, как платиновый, для генерации водорода».

«Дополнительным преимуществом является то, что наш электрод может катализировать как образование водорода, так и кислорода, поэтому мы можем не только сократить производственные затраты, используя доступные элементы, но и затраты на изготовление одного катализатора вместо двух».

Если новая технология будет развиваться и дальше, однажды могут появиться станции заправки водородом, такие как обычные автозаправочные станции, где можно будет заправить автомобиль с водородными топливными элементами водородом, полученным в результате этой реакции расщепления воды.

Заправка может быть произведена за считанные минуты по сравнению с часами в случае электромобилей с литиевым аккумулятором.

Bryan H. R. Suryanto et al. Overall electrochemical splitting of water at the heterogeneous interface of nickel and iron oxide, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-13415-8