Команда ученых под руководством профессора Чжун Ку Канга из отдела материаловедения и инженерии Корейского передового института науки и технологий разработала автономную систему производства водорода, основанную на высокоэффективной цинк-воздушной батарее.
Спрос на водород, обладающий высокой энергоемкостью (142 МДж/кг) и превосходящей в три раза показатели традиционных видов топлива, продолжает расти. Однако, несмотря на его важность как экологически чистого источника энергии, современные способы производства водорода несовершенны: большинство технологий сопровождаются значительными выбросами углекислого газа. Получение так называемого зеленого водорода методом электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии, по-прежнему остается сложным из-за зависимости от колебаний погодных условий и температуры.
Для преодоления этих проблем исследователи стали рассматривать воздушные батареи, которые способны вырабатывать напряжение, достаточное для электролиза воды (более 1,23В). Однако существующие решения для таких батарей требуют использования дорогих катализаторов из благородных металлов, а их эффективность со временем заметно падает из-за деградации материалов. Разработка катализаторов для реакции выделения водорода и кислорода на воздушных батареях представляет собой важный вызов.
Чтобы решить эту задачу, команда профессора Канга синтезировала новый катализатор на основе неблагородных металлов под названием G-SHELL. Этот материал состоит из наноструктурированных органо-металлических каркасов, выросших на оксиде графена, и эффективно справляется с тремя ключевыми электрокаталитическими реакциями (выделение кислорода, выделение водорода и восстановление кислорода). Применение нового катализатора позволило улучшить плотность энергии и стабильность цинк-воздушной батареи, которая теперь демонстрирует пятикратное увеличение плотности энергии (797 Вт·ч/кг), высокую мощность (275,8 мВт/см²) и устойчивость к многократным циклам заряда и разряда.
Еще одним важным аспектом новой разработки является использование водного электролита в цинк-воздушной батарее, что делает систему безопасной в отношении возгорания. Это особенно важно для применения в реальных условиях, где водородные системы могут подвергаться воздействию высоких температур и других факторов, повышающих риск аварий.
Профессор Кан отметил, что простота создания нового катализатора и его долговечность открывают возможности для массового применения подобных систем. «Разработанная нами технология позволяет не только безопасно производить водород, но и делать это с высокой эффективностью и стабильностью», — отметил он.
Новая система может служить следующей ступенью в развитии экологически безопасных энергетических накопителей. В условиях, где возобновляемые источники энергии не всегда обеспечивают стабильный объем выработки, использование такой автономной системы в сочетании с цинк-воздушными батареями может стать устойчивым решением для производства зеленого водорода.
Ранее в России представили макет первого водородного поезда.
