Группа ученых из Стэнфордского университета разработала конструкцию и изготовила опытный образец «расщепителя» воды, так называемого электролизера, в котором используется недорогой катализатор только одного типа. Кроме этого, новый электролизер способен работать непрерывно, производя водород и кислород из воды, 24 часа в сути, семь дней в неделю. И более крупные устройства электролиза, созданные на базе такой технологии, могут стать бесконечным источником экологически чистого водородного топлива для различных видов транспорта и для промышленных нужд.

«Мы разработали низковольтный расщепитель воды с катализатором одного типа. Во время испытаний это устройство проработало непрерывно в течение 200 часов, установив этим самым нечто наподобие мирового рекорда» – рассказывает И Куи (Yi Cui), профессор из Стэнфордсткого университета и сотрудник Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC.

Водород уже давно считается одним из самых перспективных видов альтернативного топлива.

Но в настоящее время подавляющая часть вырабатываемого и потребляемого промышленностью водорода производится из природного газа. Методы получения водорода из воды путем электролиза до последнего времени были экономически не выгодны и, поэтому, не получили широкого распространения.

Обычный электролизер состоит из двух электродов, погруженных в электролит на основе воды. Низковольтное напряжение, приложенное к этим электродам, инициирует каталитическую электрохимическую реакцию, во время которой молекулы воды расщепляются, выпуская пузырьки водорода возле одного электрода и пузырьки кислорода – возле другого.

В таких устройствах на поверхность каждого из электродов нанесен катализатор определенного типа, как правило, на основе дорогостоящих платины и иридия. Кроме этого, электроды находятся в электролитах, имеющих различное значение pH-фактора, разделенных достаточно дорогостоящей мембраной, обеспечивающей ионную электрическую проводимость.

Рис. 1.

Но в 2014 году, Хонгджи Дэй (Hongjie Dai), химик из Стэнфордского университета, разработал принцип электролиза, в котором используются электроды из недорогих железа и никеля, которые, к тому же, работают при потенциале всего в 1.5 Вольта. И новый электролизер является прямым продолжением технологии, разработанной в прошлом году.

«Наш электролизер уникален. Так как мы используем для обоих электродов один и тот же катализатор, оксид железа-никеля, они, электроды, находятся в одном и том же электролите, не разделяемом ионной мембраной» – рассказывает Хэотиэн Ван (Haotian Wang), один из исследователей, – «Наш электролизер расщепляет воду при потенциале всего в 1.5 Вольта, а его эффективность при комнатной температуре имеет беспрецедентное значение в 82 процента».

Ключом к созданию высокоэффективного и простого катализатора стали ионы лития, наличие которых позволило «расколоть» слой оксида железа-никеля на очень мелкие частички.

«Наличие крошечных связанных гранул увеличивает площадь поверхности, делая одновременно каталитическую поверхность более активной» – рассказывает профессор Куи, – «Кроме этого, частички оксида хорошо связаны друг с другом, что обеспечивает высокую электрическую проводимость электрода в целом».

«Наша группа использовала несколько идей, использованных в литий-ионных аккумуляторах. И на основе этого мы получили катализаторы совершенно новых типов» – рассказывает профессор Куи, – «Более того, мы надеемся, что точно такие же принципы могут стать основой создания катализаторов, предназначенных для других реакций, нежели электрохимическое расщепление воды на водород и кислород».