Считается, что водород является решением проблемы хранения возобновляемой энергии. Его можно производить в местных электролизерах, временно хранить, а затем очень эффективно преобразовывать обратно в электричество в топливном элементе.
Он также служит важным сырьем в химической промышленности. Однако экологически чистому производству водорода по-прежнему препятствует плохая конверсия поставляемой электроэнергии. "Одна из причин заключается в том, что динамическая нагрузка колеблющегося электричества от солнца и ветра быстро доводит материалы до предела их возможностей. «Дешевые каталитические материалы быстро становятся менее активными», – говорит профессор Майкл Брон из Института химии MLU, объясняя основную проблему.
Его исследовательская группа теперь открыла метод, который значительно увеличивает как стабильность, так и активность недорогих электродов из гидроксида никеля.
Гидроксид никеля – дешевая альтернатива очень активным, но также и дорогим катализаторам, таким как иридий и платина. В научной литературе рекомендуется нагревать гидроксид до 300 градусов. Это увеличивает стабильность материала и частично превращает его в оксид никеля.
Более высокие температуры полностью разрушат гидроксид. «Мы хотели увидеть это собственными глазами и постепенно нагревали материал в лаборатории до 1000 ° C», – говорит Брон.
По мере повышения температуры исследователи наблюдали ожидаемые изменения отдельных частиц под электронным микроскопом. Эти частицы были преобразованы в оксид никеля, срастались вместе, образуя более крупные структуры, и при очень высоких температурах образовывали узоры, напоминающие переходы зебры.
Однако электрохимические испытания неожиданно показали постоянно высокий уровень активности частиц, которые больше нельзя было использовать в электролизе. Как правило, при электролизе более активны большие поверхности и, следовательно, более мелкие структуры. «Поэтому мы связываем высокий уровень активности наших гораздо более крупных частиц с эффектом, который, как ни странно, происходит только при высоких температурах: образованием активных оксидных дефектов на частицах», – говорит Брон.
Используя рентгеновскую кристаллографию, исследователи обнаружили, как кристаллическая структура частиц гидроксида изменяется при повышении температуры. Они пришли к выводу, что при нагревании до 900 ° C, точки, в которой частицы проявляют наивысший уровень активности, дефекты претерпевают переходный процесс, который завершается при 1000 ° C. В этот момент активность внезапно снова падает.
Брон и его команда уверены, что нашли многообещающий подход, поскольку даже после повторных измерений после 6000 циклов нагретые частицы по-прежнему генерируют на 50% больше электричества, чем необработанные.
Затем исследователи хотят использовать дифракцию рентгеновских лучей, чтобы лучше понять, почему эти дефекты так сильно увеличивают активность. Они также ищут способы производства нового материала, чтобы небольшие структуры сохранялись даже после термообработки.