L'idrogeno industriale è più vicino a essere prodotto in modo più efficiente, grazie ai risultati delineati in un nuovo documento pubblicato dai ricercatori dell'Idaho National Laboratory. Nella carta, Il dottor Dong Ding e i suoi colleghi hanno dettagliato i progressi nella produzione di idrogeno, che viene utilizzato nella raffinazione del petrolio, petrolchimica e come combustibile ecologico per i trasporti.

I ricercatori hanno dimostrato la produzione elettrochimica di idrogeno ad alte prestazioni a una temperatura più bassa di quanto fosse possibile prima. Ciò era dovuto a un progresso chiave:un elettrodo a vapore in ceramica che si autoassembla da un tappetino intrecciato.

"Abbiamo inventato un elettrodo a vapore autoassemblato 3D che può essere scalabile, " ha detto Ding. "La porosità ultraelevata e la struttura 3-D possono rendere il trasferimento di massa / carica molto migliore, quindi la prestazione è stata migliore."

In un articolo pubblicato dalla rivista Scienze avanzate , i ricercatori hanno riferito sul design, fabbricazione e caratterizzazione di celle di elettrolisi ad ossido solido a conduzione protonica (P-SOEC) altamente efficienti con un nuovo elettrodo a vapore 3-D autoassemblato. Le celle operavano al di sotto di 600 ^o C. Durante i test hanno prodotto idrogeno a un ritmo sostenuto e continuo per giorni.

L'idrogeno è un combustibile ecologico in parte perché quando brucia, il risultato è l'acqua. Però, non ci sono fonti naturali adatte e convenienti per l'idrogeno puro. Oggi, l'idrogeno è ottenuto mediante steam reforming (o "cracking") di idrocarburi, come il gas naturale. Questo processo, anche se, richiede combustibili fossili e crea sottoprodotti di carbonio, che lo rende meno adatto alla produzione sostenibile.

elettrolisi a vapore, al contrario, ha bisogno solo di acqua ed elettricità per dividere le molecole d'acqua, generando così idrogeno e ossigeno. L'elettricità può provenire da qualsiasi fonte, compreso il vento, solare, nucleare e altre fonti prive di emissioni. Essere in grado di eseguire l'elettrolisi in modo efficiente alla temperatura più bassa possibile riduce al minimo l'energia necessaria.

Un P-SOEC ha un elettrodo a vapore poroso, un elettrodo a idrogeno e un elettrolita a conduzione protonica. Quando viene applicata la tensione, il vapore viaggia attraverso l'elettrodo di vapore poroso e si trasforma in ossigeno e idrogeno al confine dell'elettrolita. A causa delle diverse tariffe, i due gas si separano e vengono raccolti ai rispettivi elettrodi.

Così, la costruzione dell'elettrodo a vapore poroso è critica, ecco perché i ricercatori hanno utilizzato un modo innovativo per realizzarlo. Hanno iniziato con un modello di tessuto intrecciato, metterlo in una soluzione precursore contenente gli elementi che volevano usare, e poi l'ho infornato per rimuovere il tessuto e lasciare la ceramica. Il risultato è stata una versione in ceramica del tessuto originale.

Hanno messo il tessuto ceramico nell'elettrodo e hanno notato che in funzione, ponte si è verificato tra i fili. Ciò dovrebbe migliorare sia il trasferimento di massa e di carica che la stabilità dell'elettrodo, secondo il dottor Wei Wu, il principale collaboratore di questo lavoro.

L'elettrodo e l'uso della conduzione protonica hanno consentito un'elevata produzione di idrogeno al di sotto di 600 ^o C. Questo è più freddo di centinaia di gradi rispetto ai metodi convenzionali di elettrolisi a vapore ad alta temperatura. La temperatura più bassa rende il processo di produzione dell'idrogeno più duraturo, e richiede anche un minor costo, materiali resistenti al calore nella cella di elettrolisi.

Sebbene l'idrogeno sia già utilizzato per alimentare i veicoli, per l'accumulo di energia e come energia portatile, questo approccio potrebbe offrire un'alternativa più efficiente per la produzione ad alto volume.