Nel recente passato, c'è stato un cambio di paradigma verso le fonti di energia rinnovabili per affrontare le preoccupazioni relative al degrado ambientale e alla diminuzione dei combustibili fossili. Una varietà di fonti di energia verde alternative come solare, vento, idrotermale, marea, eccetera., stanno guadagnando attenzione per ridurre l'impronta di carbonio globale. Una delle sfide principali con queste tecnologie di generazione di energia è che sono intermittenti e non sono continuamente disponibili.

"Non possiamo utilizzare l'energia solare di notte e l'energia eolica quando il vento non soffia. Ma possiamo immagazzinare l'elettricità generata in altre forme e utilizzarla quando necessario. È così che la scissione dell'acqua colma il divario ed è emersa come una soluzione molto promettente tecnologia di accumulo di energia, " ha detto il professor Masayuki Yagi, che conduce ricerche sui materiali e la tecnologia per l'accumulo di energia presso il Dipartimento di Scienza e Tecnologia dei Materiali, Facoltà di Ingegneria/Scuola di specializzazione in Scienze e Tecnologie, Università di Niigata. La scissione dell'acqua è una delle soluzioni promettenti per lo stoccaggio dell'energia che potrebbero guidare il mondo verso un'economia alimentata dall'idrogeno.

Il processo di dissociazione dell'acqua, in alternativa noto come fotosintesi artificiale, tradizionalmente impiega l'elettricità per dividere la molecola d'acqua attraverso due semireazioni in una cella elettrochimica. La reazione di evoluzione dell'idrogeno avviene al catodo dove viene generato il combustibile idrogeno e l'ossidazione dell'acqua avviene all'anodo dove viene rilasciato ossigeno respirabile. Sebbene l'acqua sia una molecola semplice costituita da soli tre atomi, il processo di dissociazione è piuttosto intenso e impegnativo.

L'energia iniziale, noto in termini scientifici come l'iperpotenziale, gioca un ruolo cruciale nell'influenzare l'andamento della reazione. Per i materiali finora esplorati, l'energia iniziale richiesta per innescare l'evoluzione dell'idrogeno al catodo e l'evoluzione dell'ossigeno all'anodo è così alta che il processo aumenta il costo complessivo della reazione, in tal modo, pregiudicando il suo utilizzo commerciale. Questa è una preoccupazione particolarmente importante per l'anodo perché la reazione di evoluzione dell'ossigeno comporta il trasferimento di quattro elettroni che richiede un'energia iniziale maggiore rispetto alla reazione al catodo.

Il gruppo di ricerca del Prof. Yagi presso l'Università di Niigata, in collaborazione con i collaboratori di ricerca dell'Università di Yamagata, stanno indagando sulla scissione elettrocatalitica dell'acqua e per affrontare le principali carenze. Sono riusciti a sviluppare un efficiente processo di dissociazione dell'acqua utilizzando nanocomposti a base di nichel come anodi, che è stato pubblicato come articolo scientifico in Scienze energetiche e ambientali il 20 maggio.

In questo studio, Il team del Prof. Yagi ha osservato che l'anodo a base di nanofili di solfuro di nichel ha supportato la riduzione dell'energia iniziale necessaria per la reazione di evoluzione dell'ossigeno. "Abbiamo fabbricato l'anodo utilizzando un motivo unico di nanofili di solfuro di nichel infilati in guaine di nitruro di carbonio. Le guaine di nitruro di carbonio impediscono la regione centrale di NiS _X bastoncini dalla trasformazione al loro ossido, proteggendoli così da ulteriore degrado. Sulla superficie dei nanofili di solfuro di nichel, si forma un sottile film di ossido a causa del contatto con la soluzione elettrolitica, che facilita la reazione di evoluzione dell'ossigeno, " ha spiegato il prof. Yagi.

Il gruppo di ricerca ha osservato, con l'ausilio di tecniche avanzate di microscopia e misurazioni elettrochimiche, che l'anodo fabbricato aiuta a ridurre l'energia iniziale, che accelera il processo di trasferimento di quattro elettroni nella reazione di evoluzione dell'ossigeno. La scoperta della ricerca del team del Prof. Yagi ha un immenso potenziale nel migliorare le prestazioni a lungo termine e la stabilità della cella elettrochimica.

Questo studio di ricerca è una pietra miliare importante verso il miglioramento dell'efficienza della tecnologia di scissione dell'acqua. Il prof. Yagi ha detto, "Questo risultato è un grande passo avanti nel sistema di scissione elettrocatalitica dell'acqua e potrebbe senza dubbio contribuire a realizzare la società umana decarbonizzata nel prossimo futuro".