Blog

May 06, 2023

Développer des technologies pour réduire le coût de la production d'hydrogène vert

Développer des technologies pour réduire le coût de la production d'hydrogène vert. Vert

Développer des technologies pour réduire le coût de la production d'hydrogène vert.

L'hydrogène vert, qui produit de l'hydrogène sans utiliser de combustibles fossiles ni émettre de dioxyde de carbone, est devenu de plus en plus important ces dernières années dans le cadre des efforts visant à réaliser une économie décarbonée.

Cependant, en raison du coût de production élevé des dispositifs d'électrolyse de l'eau qui produisent de l'hydrogène vert, la faisabilité économique de l'hydrogène vert n'a pas été très élevée. Cependant, le développement d'une technologie qui réduit drastiquement la quantité de métaux rares tels que l'iridium et le platine utilisés dans les dispositifs d'électrolyse de l'eau à membrane à électrolyte polymère ouvre la voie à une baisse des coûts de production.

Une équipe de recherche dirigée par le Dr Hyun S. Park et Sung Jong Yoo du Centre de recherche sur l'hydrogène et les piles à combustible de l'Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a annoncé avoir développé une technologie capable de réduire considérablement la quantité de platine et l'iridium, métaux précieux utilisés dans la couche de protection des électrodes des dispositifs d'électrolyse de l'eau à membrane électrolyte polymère, et garantissent des performances et une durabilité comparables à celles des dispositifs existants.

En particulier, contrairement aux études précédentes qui se concentraient sur la réduction de la quantité de catalyseur d'iridium tout en maintenant la structure qui utilise une grande quantité de platine et d'or comme couche de protection d'électrode, les chercheurs ont remplacé le métal précieux dans la couche de protection d'électrode par du nitrure de fer peu coûteux ayant grande surface et recouvert uniformément d'une petite quantité de catalyseur à l'iridium, augmentant considérablement l'efficacité économique du dispositif d'électrolyse.

Le dispositif d'électrolyse de l'eau à membrane électrolyte polymère est un dispositif qui produit de l'hydrogène et de l'oxygène de haute pureté en décomposant l'eau à l'aide d'électricité fournie par des énergies renouvelables telles que l'énergie solaire, et il joue un rôle dans la fourniture d'hydrogène à diverses industries telles que la sidérurgie et les produits chimiques. De plus, il est avantageux pour la conversion d'énergie de stocker l'énergie renouvelable sous forme d'énergie hydrogène, donc l'augmentation de l'efficacité économique de ce dispositif est très importante pour la réalisation de l'économie verte de l'hydrogène.

Dans un appareil d'électrolyse typique, il y a deux électrodes qui produisent de l'hydrogène et de l'oxygène, et pour l'électrode génératrice d'oxygène, qui fonctionne dans un environnement hautement corrosif, de l'or ou du platine est enduit sur la surface de l'électrode à 1 mg/cm2 comme protection couche pour assurer la durabilité et l'efficacité de la production, et 1-2 mg/cm2 de catalyseur d'iridium est enduit sur le dessus. Les métaux précieux utilisés dans ces dispositifs d'électrolyse ont des réserves et une production très faibles, ce qui est un facteur majeur freinant la généralisation des dispositifs de production d'hydrogène vert.

Pour améliorer l'économie de l'électrolyse de l'eau, l'équipe a remplacé les métaux rares or et platine utilisés comme couche protectrice pour l'électrode à oxygène dans les dispositifs de production d'hydrogène à membrane électrolyte polymère par du nitrure de fer (Fe2N) peu coûteux.

Pour ce faire, l'équipe a développé un procédé composite qui enduit d'abord uniformément l'électrode d'oxyde de fer, qui a une faible conductivité électrique, puis convertit l'oxyde de fer en nitrure de fer pour augmenter sa conductivité. L'équipe a également développé un processus qui recouvre uniformément un catalyseur d'iridium d'environ 25 nanomètres (nm) d'épaisseur au-dessus de la couche protectrice de nitrure de fer, réduisant la quantité de catalyseur d'iridium à moins de 0,1 mg/cm2, ce qui donne une électrode à haute production d'hydrogène. efficacité et durabilité.

L'électrode développée remplace l'or ou le platine utilisé comme couche protectrice pour l'électrode génératrice d'oxygène par des nitrures de métaux non précieux tout en conservant des performances similaires aux unités d'électrolyse commerciales existantes, et réduit la quantité de catalyseur d'iridium à 10 % du niveau existant. De plus, l'unité d'électrolyse avec les nouveaux composants a fonctionné pendant plus de 100 heures pour vérifier sa stabilité initiale.

Dr Hyun S.Parkdu KIST, a déclaré :

La réduction de la quantité de catalyseur d'iridium et le développement de matériaux alternatifs pour la couche protectrice de platine sont essentiels pour l'utilisation économique et généralisée des dispositifs de production d'hydrogène vert à membrane électrolyte polymère, et l'utilisation de nitrure de fer peu coûteux au lieu du platine est d'une grande importance.

"Après avoir observé davantage les performances et la durabilité de l'électrode, nous l'appliquerons aux appareils commerciaux dans un proche avenir."

Développer des technologies pour réduire le coût de la production d'hydrogène vert, 2 juin 2023