Le esigenze energetiche del mondo sono in continuo aumento. Nella nostra ricerca di soluzioni energetiche pulite ed ecologiche, l’energia trasportabile a idrogeno offre notevoli promesse. A questo proposito, gli elettrolizzatori dell’acqua a membrana a scambio protonico (PEMWE) che convertono l’energia elettrica in eccesso in energia di idrogeno trasportabile attraverso l’elettrolisi dell’acqua hanno raccolto un notevole interesse. Tuttavia, il loro impiego su larga scala per la produzione di idrogeno rimane limitato a causa dei bassi tassi di reazione di evoluzione dell’ossigeno (OER) – un componente importante dell’elettrolisi – e degli elevati livelli di carico di costosi catalizzatori di ossidi metallici, come iridio (Ir) e ossidi di rutenio, negli elettrodi. Pertanto, lo sviluppo di catalizzatori OER convenienti e ad alte prestazioni è necessario per l’applicazione diffusa dei PEMWE.
Recentemente, un team di ricercatori provenienti da Corea e Stati Uniti, guidato dal professor Chanho Pak del Gwangju Institute of Science and Technology in Corea, ha sviluppato un nuovo ossido di tantalio mesoporoso (Ta2O5)-catalizzatore di nanostruttura di iridio supportato tramite un metodo di riduzione dell’acido formico modificato che raggiunge un’efficiente elettrolisi dell’acqua PEM. Il loro studio è stato reso disponibile online il 20 maggio 2023 e sarà pubblicato nel volume 575 del Giornale delle fonti di energia il 15 agosto 2023. Lo studio è stato coautore del dottor Chaekyung Baik, ricercatore post-dottorato presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST).
“La nanostruttura Ir ricca di elettroni era uniformemente dispersa sul Ta mesoporoso stabile2O5 supporto preparato tramite un metodo soft-template combinato con un processo di accerchiamento di etilendiammina, che ha ridotto efficacemente la quantità di Ir in una singola cella PEMWE a 0,3 mg cm-2,” spiega il Prof. Pak. È importante sottolineare che l’innovativo Ir/Ta2O5 il design del catalizzatore non solo ha migliorato l’utilizzo di Ir, ma ha anche facilitato una maggiore conduttività elettrica e un’ampia superficie elettrochimicamente attiva.
Inoltre, le spettroscopie fotoelettroniche e di assorbimento dei raggi X hanno rivelato una forte interazione metallo-supporto tra Ir e Ta, mentre i calcoli della teoria funzionale della densità hanno indicato un trasferimento di carica da Ta a Ir, che ha indotto il forte legame degli adsorbati, come O e OH , e ha mantenuto il rapporto Ir (III) nel processo ossidativo OER. Questo, a sua volta, ha portato all’aumento dell’attività di Ir/Ta2O5con un sovrapotenziale inferiore di 0,385 V rispetto a 0,48 V per IrO2.
Il team ha anche dimostrato sperimentalmente un’elevata attività OER del catalizzatore, osservando un sovrapotenziale di 288 ± 3,9 mV a 10 mA cm-2 e un’attività di massa di 876,1 ± 125,1 A g-1 di Ir a 1,55 V, significativamente superiore ai corrispondenti valori per Ir Black. In effetti, Ir/Ta2O5 ha mostrato un’eccellente attività e stabilità dell’OER, come ulteriormente confermato dal funzionamento a cella singola dell’assemblaggio dell’elettrodo a membrana di oltre 120 ore.
La tecnologia proposta offre il duplice vantaggio di ridurre i livelli di carico Ir e una maggiore efficienza OER. “La migliorata efficienza delle OER completa l’efficacia in termini di costi del processo PEMWE, migliorandone le prestazioni complessive. Questo progresso ha il potenziale per rivoluzionare la commercializzazione delle PEMWE, accelerandone l’adozione come metodo principale per la produzione di idrogeno”, ipotizza un ottimista prof. Pak .
Insieme, questo sviluppo ci avvicina di un passo al raggiungimento di una soluzione energetica sostenibile trasportabile a idrogeno e, a sua volta, alla neutralità del carbonio.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
