En ny apparat använder ett vanligt AAA-batteri för att dela upp vatten i väte och syre. Vätgasen skulle kunna ge kraft åt bränsleceller i fordon utan att avge några utsläpp.
Batteriet sänder ut en elektrisk ström genom två elektroder som sönderdelar vatten i vätgas och syrgas. Till skillnad från andra vattensönderdelare som använder värdefulla metallkatalysatorer är elektroderna i utrustningen på Stanford tillverkade av billigt och lättillgängligt nickel och järn.
“Med användning av nickel och järn, som är billiga material, kunde vi tillverka tillräckligt aktiva elektrokatalysatorer för att sönderdela vatten vid rumstemperatur med ett enda 1,5 volts batteri”, säger Hongjie Dai, kemiprofessor på Stanford University.
”Det här är första gången någon har använt icke värdefulla metallkatalysatorer för att sönderdela vatten vid en så låg spänning. Det är ganska anmärkningsvärt, eftersom man normalt behöver dyra metaller som platina eller iridium för att uppnå den spänningen.”
Förutom att producera vätgas kan den nya vattensönderdelaren användas också för att tillverka klorgas och natriumhydroxid, en viktig industrikemikalie, enligt Dai. Han och hans kollegor beskriver den nya utrustningen i en studie i Nature Communications.
Att göra vätgasbränsle ’grönt’
Biltillverkare har länge sett bränsleceller med vätgas som ett lovande alternativ till bensinmotorn. Tekniken med bränsleceller är i grund och botten en omvänd sönderdelning. En bränslecell kombinerar lagrad vätgas med syre från luften för att producera elektricitet som kraftkälla i bilar.
Den enda biprodukten är vatten – till skillnad från förbränning av bensin som avger koldioxid, en växthusgas.
De flesta av dessa fordon kommer att drivas av bränsle tillverkat i stora industriella fabriker som producerar vätgas genom att kombinera väldigt het ånga och naturgas, en energiintensiv process som frigör koldioxid som biprodukt.
2015 kommer amerikanske konsumenterna till slut att kunna köpa bilar med bränsleceller från Toyota och andra tillverkare. Trots att de framhållits som fordon utan några utsläpp kommer de flesta av bilarna att drivas av vätgas från naturgas, ett fossilt bränsle som bidrar till den globala uppvärmningen.
Att sönderdela vatten till vätgas kräver inga fossila bränslen och avger inga växthusgaser. Men forskarna har ännu inte utvecklat några billiga, aktiva vattensönderdelare med katalysatorer som kan fungera i industriell skala.
”Det har i decennier varit en ständig strävan efter att tillverka billiga elektrokatalysatorer med hög aktivitet och lång varaktighet”, säger Dai. ”När vi upptäckte att en nickelbaserad katalysator är lika effektiv som platina kom det som en fullständig överraskning.”
”Det har i decennier varit en ständigt strävan efter att tillverka billiga elektrokatalysatorer med hög aktivitet och lång varaktighet”, säger Dai. ”När vi upptäckte att en nickelbaserad katalysator är lika effektiv som platina kom det som en fullständig överraskning.” (fdecomite/Flickr)
Mystisk vetenskap
Stanfordstudenten Ming Gong, en av författarna till studien, gjorde upptäckten. ”Ming upptäckte en nickelmetall-/nickeloxidstruktur som visar sig vara aktivare än ren nickelmetall eller enbart ren nickeloxid”, säger Dai. ”Denna nya struktur gynnar elektrokatalys med vätgas, men vi förstår fortfarande inte vetenskapen bakom det.”
Nickel-/nickeloxidkatalysatorn minskar betydligt den spänning som krävs för att sönderdela vatten, som till slut kan bespara vätgasproducenterna miljardtals dollar i elkostnader, enligt Gong. Hans nästa mål är att förbättra varaktigheten hos utrustningen.
”Elektroderna är ganska stabila, men de bryts långsamt ned över tiden”, säger han. ”Den nya apparaten kommer förmodligen att fungera i dagar, men man skulle föredra veckor eller månader. Det målet är uppnåeligt baserat på mina senaste resultat.”
Forskarna planerar också att utveckla en vattensönderdelare som drivs av elektricitet producerad av solenergi.
”Vätgas är ett idealiskt bränsle för att driva fordon, byggnader och för att lagra förnybar energi i ledningsnätet”, säger Dai. ”Vi är mycket glada över att vi kan tillverka katalysatorer som är väldigt aktiva och billiga. Det här visar att vi med ingenjörskonst i nanoskala i materialen verkligen kan göra en skillnad i hur vi tillverkar och konsumerar energi.”
Forskare från Oak Ridge National Laboratory, Stanford, National Taiwan University of Science and Technology, Canadian Light Source Inc., och University of Tennessee bidrog till studien.
Finanseringen kom huvudsakligen från Global Climate and Energy Project, Precourt Institute for Energy at Stanford, och US Department of Energy.
Källa: Stanford University. Publicerat med tillstånd från Futurity.org.
Översatt från engelska.
