Stanford-Forscher revolutionieren Elektrolyseprozess!

Die Aufteilung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff stellt eine Alternative zu fossilen Brennstoffen dar, aber gereinigtes Wasser ist eine wertvolle Ressource. Ein standortgeführtes Team hat nun eine Möglichkeit entwickelt, Meerwasser – die häufigste Quelle der Erde – für chemische Energie zu nutzen.

Die Forscher entdeckten, dass, wenn sie die Anode mit Schichten überzogen, die reich an negativen Ladungen waren, die Schichten Chlorid abstießen und den Zerfall des darunter liegenden Metalls verlangsamten.

Sie schichteten Nickel-Eisen-Hydroxid auf Nickelsulfid, das einen Nickelschaumkern bedeckt. Der Nickelschaum fungiert als Leiter – er transportiert Strom aus der Stromquelle – und das Nickel-Eisen-Hydroxid funkt die Elektrolyse an und trennt Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Während der Elektrolyse entwickelt sich das Nickelsulfid zu einer negativ geladenen Schicht, die die Anode schützt. So wie die negativen Enden zweier Magnete gegeneinander drücken, so weist die negativ geladene Schicht Chlorid ab und verhindert, dass es das Kernmetall erreicht.

Ohne die negativ geladene Beschichtung funktioniert die Anode nur etwa 12 Stunden im Meerwasser, so Michael Kenney, Doktorand im Dai-Labor und Co-Lead-Autor auf dem Papier. „Die gesamte Elektrode fällt in einen Bruch“, sagte Kenney. „Aber mit dieser Schicht kann sie mehr als tausend Stunden gehen.“

Die Ergebnisse, die am 18. März in der „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht wurden, zeigen einen neuen Weg, Wasserstoff und Sauerstoff über Strom aus Meerwasser zu trennen. Bestehende Wasserspaltungsmethoden basieren auf hochreinem Wasser, das eine wertvolle Ressource ist und teuer in der Herstellung.

Theoretisch, um Städte und Autos zu betreiben, „braucht man so viel Wasserstoff, dass es nicht vorstellbar ist, gereinigtes Wasser zu verwenden“, sagte Hongjie Dai, J.G. Jackson und C.J. Wood Professor für Chemie an der Stanford’s School of Humanities and Sciences und Co-Senior Autor auf dem Papier. „Wir haben kaum genug Wasser für unseren aktuellen Bedarf in Kalifornien.“

Wasserstoff ist eine attraktive Option für Kraftstoffe, weil er kein Kohlendioxid emittiert, sagte Dai. Die Verbrennung von Wasserstoff erzeugt nur Wasser und sollte die Verschärfung der Klimaprobleme erleichtern.

Dai sagte, dass sein Labor mit einer Demo einen Proof-of-Concept zeigte, aber die Forscher werden es den Herstellern überlassen, das Design zu skalieren und in Serie herzustellen.


Stanford researchers create hydrogen fuel from seawater

Splitting water into hydrogen and oxygen presents an alternative to fossil fuels, but purified water is a precious resource. A Stanford-led team has now developed a way to harness seawater – Earth’s most abundant source – for chemical energy.

The researchers discovered that if they coated the anode with layers that were rich in negative charges, the layers repelled chloride and slowed down the decay of the underlying metal.

They layered nickel-iron hydroxide on top of nickel sulfide, which covers a nickel foam core. The nickel foam acts as a conductor – transporting electricity from the power source – and the nickel-iron hydroxide sparks the electrolysis, separating water into oxygen and hydrogen. During electrolysis, the nickel sulfide evolves into a negatively charged layer that protects the anode. Just as the negative ends of two magnets push against one another, the negatively charged layer repels chloride and prevents it from reaching the core metal.

Without the negatively charged coating, the anode only works for around 12 hours in seawater, according to Michael Kenney, a graduate student in the Dai lab and co-lead author on the paper. “The whole electrode falls apart into a crumble,” Kenney said. “But with this layer, it is able to go more than a thousand hours.”

The findings, published March 18 in Proceedings of the National Academy of Sciences, demonstrate a new way of separating hydrogen and oxygen gas from seawater via electricity. Existing water-splitting methods rely on highly purified water, which is a precious resource and costly to produce.

Theoretically, to power cities and cars, “you need so much hydrogen it is not conceivable to use purified water,” said Hongjie Dai, J.G. Jackson and C.J. Wood professor in chemistry in Stanford’s School of Humanities and Sciences and co-senior author on the paper. “We barely have enough water for our current needs in California.”

Hydrogen is an appealing option for fuel because it doesn’t emit carbon dioxide, Dai said. Burning hydrogen produces only water and should ease worsening climate change problems. Dai said his lab showed proof-of-concept with a demo, but the researchers will leave it up to manufacturers to scale and mass produce the design.

Source: https://news.stanford.edu/press/view/26790

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