Серебряные нанокатализаторы переключают выработку энергии и водорода

Твёрдооксидные ячейки — одна из ключевых технологий чистой энергетики. В режиме топливного элемента они вырабатывают электричество, в режиме электролизёра — расщепляют воду и производят водород. Одно и то же устройство может работать в обоих направлениях, что делает его особенно ценным для интеграции возобновляемых источников энергии. Ранее pronedra.ru рассказывала о солнечных и водородных технологиях.

Однако до сих пор учёные слабо понимали, как именно серебряные нанокатализаторы — широко применяемые добавки для повышения эффективности этих ячеек — ведут себя в каждом из режимов. Новое исследование, опубликованное в Energy & Environmental Science, впервые отвечает на этот вопрос.

Открытие: разные места — разные реакции

Совместная команда Сеульского национального университета (SNU), KAIST и Корейского базового института науки (KBSI) установила: один и тот же серебряный нанокатализатор работает в принципиально разных местах электрода в зависимости от того, что делает ячейка.

• — В режиме выработки электроэнергии (топливный элемент): реакции восстановления кислорода происходят преимущественно на границе раздела между серебряными наночастицами и электродом.
• — В режиме производства водорода (электролизёр): реакции окисления кислорода перемещаются на поверхность самих серебряных частиц.

Переключение зон реакции связано с принципиально разными механизмами переноса кислорода в каждом из режимов. Это открытие вводит новый принцип конструирования электродов.

Почему это важно для инженеров

До сих пор оптимизация твёрдооксидных ячеек велась преимущественно для одного режима работы. Понимание того, что катализатор буквально «переезжает» между разными участками электрода при смене режима, позволяет:

• — проектировать электроды, учитывающие оба сценария одновременно;
• — точнее размещать каталитические частицы для максимальной эффективности в обоих режимах;
• — сократить потери производительности при переключении между функциями ячейки.

Руководители исследования — профессора Ву Чул Чон и Чон У Хан (SNU) совместно с профессором Сан Ук Кимом (KAIST) и доктором Пом Гюн Чоном (KBSI).

Перспективы применения

Твёрдооксидные ячейки рассматриваются как перспективная технология для распределённой выработки тепла и электроэнергии на промышленных объектах и в жилых зданиях, а также для производства зелёного водорода из избыточной возобновляемой электроэнергии.

Открытие режимно-зависимого поведения серебряных нанокатализаторов предоставляет инженерам конкретный молекулярный ориентир для следующего поколения более эффективных и долговечных устройств.