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L’elettrodo realizzato con metalli poco costosi con abbondanza di terra ha il potenziale per la produzione di carburante verde

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I ricercatori KAUST hanno creato un elettrodo a basso costo in grado di dividere le molecole d’acqua, rilasciando ossigeno all’anodo e idrogeno al catodo. Attestazione: KAUST; Hasan Tahini

Una schiuma metallica potrebbe essere alla base di un metodo a basso costo per generare combustibili privi di carbonio, hanno dimostrato i ricercatori di KAUST. Il team ha rivestito senza soluzione di continuità la schiuma con nanomateriali di ferro e cobalto per creare un elettrodo altamente attivo per un dispositivo che divide le molecole d’acqua per rilasciare ossigeno e idrogeno, un potenziale combustibile verde.

A causa della natura intermittente dell’elettricità eolica e solare, è necessario sviluppare metodi per convertire l’elettricità rinnovabile in un combustibile privo di emissioni di carbonio che potrebbe essere immagazzinato e trasportato per un uso successivo. “La scissione elettrochimica dell’acqua è vista come un percorso pragmatico per raggiungere questo obiettivo”, afferma Pravin Babar, un post-dottorato nel laboratorio di Cafer Yavuz, che ha guidato la ricerca. Un dispositivo elettrochimico può utilizzare l’elettricità rinnovabile per rompere le molecole d’acqua, rilasciando ossigeno all’anodo e idrogeno al catodo.

I dispositivi esistenti di divisione dell’acqua ad alte prestazioni si basano su elettrodi realizzati con metalli rari e costosi, il che ne limita la diffusione e l’uso. “La nostra motivazione è sostituire l’anodo a base di metallo prezioso nei sistemi di ripartizione dell’acqua, riducendo i costi e favorendo una produzione di massa conveniente senza compromettere le prestazioni”, afferma Babar. “Abbiamo sviluppato una strategia di ingegneria dell’interfaccia che utilizza materiali più convenienti che dimostrano prestazioni quasi alla pari con gli anodi standard a base di metalli preziosi”.

Utilizzando un approccio chimico umido semplice, rapido e scalabile, il team ha sviluppato nanosheet bidimensionali di idrossido di ferro di cobalto (CoFe-OH) su substrati di schiuma di nichel, quindi ha depositato nanoparticelle di ossiidrossido di ferro (FeOOH) sulla superficie. Utilizzando la deposizione di nanomateriali per progettare l’interfaccia tra l’elettrodo e l’acqua, il team ha creato un materiale che combinava un’elevata conduttività elettrica con un’elevata superficie coperta da abbondanti siti attivi per l’ossigeno molecolare (O2) produzione. Il materiale si è anche rivelato robusto, senza alcun calo delle prestazioni rilevato dopo 50 ore di uso continuo.

“Sulla base delle sue straordinarie prestazioni di reazione di evoluzione dell’ossigeno, della cinetica e della stabilità a lungo termine ad alta densità di corrente rispetto ad altri catalizzatori recentemente segnalati, il nostro materiale è il candidato più adatto per un elettrodo di reazione di evoluzione dell’ossigeno a basso costo”, afferma Babar.

I guadagni sinergici delle prestazioni ottenuti combinando perfettamente i nanomateriali in un unico materiale per elettrodi sono stati una piacevole sorpresa, afferma Yavuz. “Questa è la nostra prima incursione nell’idrogeno rinnovabile dall’elettrolisi dell’acqua”, dice. “Il nostro obiettivo è sviluppare un sistema sostenibile per la scissione complessiva dell’acqua, non solo la reazione di evoluzione dell’ossigeno”, aggiunge. “Siamo molto entusiasti che i nostri progetti funzionino e prevediamo di avere un dispositivo prototipo funzionante in pochi anni”.


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