Новый способ получения водородного топлива из морской воды

Расщепление воды на водород и кислород представляет собой альтернативу ископаемому топливу, но очищенная вода является ценным ресурсом. Команда под руководством Стэнфорда разработала способ использования морской воды – самого богатого источника Земли – для получения химической энергии.

Исследователи из Стэнфорда разработали способ получения водородного топлива с использованием солнечной энергии, электродов и соленой воды из залива Сан-Франциско.

Хунцзе Дай и его исследовательская лаборатория в Стэнфордском университете разработали прототип, который может генерировать водородное топливо из морской воды. (Изображение предоставлено Х. Даем, Юн Куангом, Майклом Кенни)

Результаты, опубликованные 18 марта в Трудах Национальной академии наук, демонстрируют новый способ отделения водорода и кислорода из морской воды с помощью электричества. Существующие методы разделения воды основаны на использовании высокоочищенной воды, которая является ценным ресурсом и требует больших затрат в производстве.

Теоретически, чтобы обеспечить энергией города и автомобили, «нужно так много водорода, что невозможно использовать очищенную воду», — сказал Хунцзе Дай, профессор химии Дж. Дж. Джексона и С. Дж. Вуда в Стэнфордской школе гуманитарных наук и один из старших авторов исследования. бумага. «У нас в Калифорнии едва хватает воды для наших текущих нужд».

По словам Дая, водород является привлекательным вариантом топлива, поскольку он не выделяет углекислый газ. При сжигании водорода образуется только вода, и это должно облегчить ухудшение проблем, связанных с изменением климата.

Дай сказал, что его лаборатория продемонстрировала демонстрацию концепции, но исследователи оставят производителям возможность масштабирования и массового производства конструкции.

В принципе, расщепление воды на водород и кислород с помощью электричества, называемое электролизом, представляет собой простую и старую идею: источник энергии подключается к двум электродам, помещенным в воду. При включении питания из отрицательного конца, называемого катодом, выходят пузырьки газообразного водорода, а из положительного конца, анода, выходит пригодный для дыхания кислород.

Но отрицательно заряженный хлорид в соли морской воды может вызвать коррозию положительного конца, ограничивая срок службы системы. Дай и его команда хотели найти способ предотвратить разрушение погруженных анодов компонентами морской воды.

Исследователи обнаружили, что если они покрывают анод слоями, богатыми отрицательными зарядами, эти слои отталкивают хлорид и замедляют распад основного металла.

Они нанесли слой гидроксида никеля и железа поверх сульфида никеля, который покрывает сердцевину из пеноникеля. Пена никеля действует как проводник, перенося электричество от источника питания, а гидроксид никеля и железа запускает электролиз, разделяя воду на кислород и водород. Во время электролиза сульфид никеля превращается в отрицательно заряженный слой, защищающий анод. Подобно тому, как отрицательные концы двух магнитов прижимаются друг к другу, отрицательно заряженный слой отталкивает хлорид и не позволяет ему достичь металла сердечника.

По словам Майкла Кенни, аспиранта лаборатории Dai и соавтора статьи, без отрицательно заряженного покрытия анод работает в морской воде всего около 12 часов. «Весь электрод разваливается на кусочки», — сказал Кенни. «Но с этим слоем он способен работать более тысячи часов».

Предыдущие исследования, пытавшиеся расщепить морскую воду для получения водородного топлива, использовали небольшой электрический ток, поскольку коррозия происходит при более высоких токах. Но Дай, Кенни и их коллеги смогли провести в 10 раз больше электричества через свое многослойное устройство, что помогает ему генерировать водород из морской воды с большей скоростью.

«Я думаю, что мы установили рекорд по течению по расщеплению морской воды», — сказал Дай.

Члены команды провели большую часть своих испытаний в контролируемых лабораторных условиях, где они могли регулировать количество электроэнергии, поступающей в систему. Но они также разработали демонстрационную машину на солнечной энергии, которая производила газообразный водород и кислород из морской воды, собранной в заливе Сан-Франциско.

А без риска коррозии от солей устройство соответствует современным технологиям, использующим очищенную воду. «Самым впечатляющим в этом исследовании было то, что мы смогли работать с электрическими токами, такими же, какие используются сегодня в промышленности», — сказал Кенни.