Elettrolisi, passando una corrente attraverso l'acqua per romperla in idrogeno gassoso e ossigeno, potrebbe essere un modo pratico per immagazzinare l'energia in eccesso dall'energia eolica o solare. L'idrogeno può essere immagazzinato e utilizzato come combustibile in seguito, quando il sole è tramontato o il vento è calmo.

Sfortunatamente, senza un qualche tipo di accumulo di energia a prezzi accessibili come questo, miliardi di watt di energia rinnovabile vengono sprecati ogni anno.

Perché l'idrogeno sia la soluzione al problema dello stoccaggio, l'elettrolisi con scissione dell'acqua dovrebbe essere molto più conveniente ed efficiente, disse Ben Wiley, professore di chimica alla Duke University. E lui e il suo team hanno alcune idee su come realizzarlo.

Wiley e il suo laboratorio hanno recentemente testato tre nuovi materiali che potrebbero essere usati come poroso, elettrodo a flusso continuo per migliorare l'efficienza dell'elettrolisi. Il loro obiettivo era aumentare la superficie dell'elettrodo per le reazioni, evitando di intrappolare le bolle di gas che si producono.

"La velocità massima con cui viene prodotto l'idrogeno è limitata dalle bolle che bloccano l'elettrodo, impedendo letteralmente all'acqua di raggiungere la superficie e dividersi, " ha detto Wiley.

In un articolo apparso il 25 maggio in Materiali energetici avanzati , hanno confrontato tre diverse configurazioni di un elettrodo poroso attraverso il quale l'acqua alcalina può fluire durante la reazione.

Hanno fabbricato tre tipi di elettrodi a flusso continuo, ciascuno un quadrato di 4 millimetri di materiale spugnoso, solo un millimetro di spessore. Uno era fatto di una schiuma di nichel, uno era un "feltro" fatto di microfibre di nichel, e il terzo era un feltro fatto di nanofili di nichel-rame.

Impulso di corrente attraverso gli elettrodi per cinque minuti, cinque minuti di pausa, hanno scoperto che il feltro fatto di nanofili di nichel-rame inizialmente produceva idrogeno in modo più efficiente perché aveva una superficie maggiore rispetto agli altri due materiali. Ma entro 30 secondi, la sua efficienza è diminuita perché il materiale si è intasato di bolle.

L'elettrodo in schiuma di nichel era il migliore per far uscire le bolle, ma aveva una superficie significativamente inferiore rispetto agli altri due elettrodi, rendendolo meno produttivo.

Il punto debole si è rivelato essere un feltro di microfibra di nichel che ha prodotto più idrogeno del feltro di nanofili, pur avendo il 25% in meno di superficie per la reazione.

Nel corso di un test di 100 ore, il feltro in microfibra produceva idrogeno con una densità di corrente di 25, 000 milliampere per centimetro quadrato. A quel ritmo, sarebbe 50 volte più produttivo degli elettrolizzatori alcalini convenzionali attualmente in uso per l'elettrolisi dell'acqua, i ricercatori hanno calcolato.

Il modo più economico per produrre quantità industriali di idrogeno in questo momento non è dividere l'acqua, ma rompendo il gas naturale (metano) con vapore molto caldo, un approccio ad alta intensità energetica che crea da 9 a 12 tonnellate di C02 per ogni tonnellata di idrogeno prodotta, esclusa l'energia necessaria per creare vapore a 1000 gradi Celsius.

Wiley ha affermato che i produttori commerciali di elettrolizzatori per acqua potrebbero essere in grado di apportare miglioramenti alla struttura dei loro elettrodi in base a ciò che il suo team ha appreso. Se potessero aumentare notevolmente il tasso di produzione di idrogeno, il costo dell'idrogeno prodotto dalla scissione dell'acqua potrebbe diminuire, forse anche abbastanza da renderlo una soluzione di stoccaggio conveniente per l'energia rinnovabile.

Sta anche lavorando con un gruppo di studenti del programma Bass Connections di Duke che stanno esplorando se l'elettrolisi a flusso continuo potrebbe essere aumentata per produrre idrogeno dall'abbondante energia solare dell'India.