L'elettrolisi dell'acqua alcalina è stata propagandata come un percorso per stabilire un'economia dell'idrogeno convertendo le energie rinnovabili intermittenti in energia chimica pulita a base di idrogeno.

Però, la tecnologia attuale ha raggiunto solo basse densità di corrente ed efficienze di tensione.

Per rendere l'elettrolisi più intraprendente, un team del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ha collaborato con l'Università della California, Santa Cruz e altre due istituzioni per sviluppare un elettrodo stampato in 3D che riduce i problemi che si verificano con le bolle di gas generate nel processo.

Una chiave per fare in modo che l'elettrolisi raggiunga una densità di corrente più elevata dipende dalle bolle di gas create nel processo. Le bolle spesso si mescolano insieme, incepparsi e rimanere intrappolati, rendendo loro difficile la fuga.

"Questo nuovo elettrodo elimina più velocemente le bolle di gas. Non vuoi che le bolle rimangano intrappolate nel materiale; vuoi essere in grado di estrarle il più rapidamente possibile e usarle come fonte di carburante, " ha detto lo scienziato dei materiali LLNL Cheng Zhu, il principale autore LLNL di un articolo apparso in Materiali energetici avanzati .

L'esclusiva architettura stampata in 3D del nuovo elettrodo ha soppresso la coalescenza di bolle di gas, inceppamento e intrappolamento, e ha provocato un rapido rilascio di bolle. Il team ha scoperto che la densità di corrente era 50 volte migliore dello standard di laboratorio.

Il team ha anche utilizzato simulazioni per capire come si forma il gas, come scappa e la velocità con cui scappa. Perché non puoi vedere questo processo all'interno di un elettrodo, le simulazioni sono state fondamentali nella progettazione.

"La modellazione ci ha aiutato a capire la scienza fondamentale dei fenomeni che abbiamo visto accadere, " ha detto Rongpei Shi, lo scienziato dei materiali LLNL che ha condotto le simulazioni. "Gli elettrodi non sono trasparenti, quindi non puoi guardare lì dentro e vedere cosa sta succedendo. La piattaforma controllata e la modellazione sono abbastanza senza precedenti per scoprire la fisica in corso all'interno dell'elettrodo".

Il lavoro dimostra un nuovo approccio alla progettazione di elettrodi 3D per consentire un rapido trasporto e rilascio di bolle per migliorare l'attività catalitica totale dell'elettrodo a densità di corrente commercialmente rilevanti.

"C'è stato molto lavoro fatto sull'estremità materiale dell'elettrolisi, alla ricerca di materiali per catalizzatori per elettrodi. Ciò che questo team ha dimostrato è che l'architettura effettiva dei componenti è altrettanto importante, soprattutto ad alti ritmi di produzione, " disse Brandon Wood, Leader del programma associato di LLNL per i materiali per l'idrogeno e l'energia computazionale nella divisione di scienza dei materiali e coautore dell'articolo.