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RMIT-Forscher sagen, dass sie mit einer neuen Elektrolysetechnik, die durch Schallwellen verstärkt wird, eine günstigere und energieeffizientere Produktion von grünem Wasserstoff ermöglicht haben. Wenn diese hochfrequenten Schwingungen aktiv sind, produziert die Standardelektrolyse 14x mehr Wasserstoff.

Wo Batterien nicht genug Energie transportieren können oder das Aufladen zu lange dauert, wird grüner Wasserstoff zu einem wichtigen emissionsfreien Kraftstoff, der eine höhere Elektronendichte trägt und ein schnelles Auftanken ermöglicht. Grüner Wasserstoff entsteht durch Elektrolyse; Dabei werden Wassermoleküle mithilfe erneuerbarer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, um jedes Gas an eine andere Elektrode zu ziehen, wo der Wasserstoff eingefangen, komprimiert und gespeichert werden kann.

Warum funktioniert dieser Prozess also viel besser, wenn das RMIT-Team eine 10-MHz-Hybridschallwelle abspielt? Laut einem Forschungsbericht, der gerade in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials veröffentlicht wurde, gibt es mehrere Gründe.

Erstens hat die Vibration des Wassers den Effekt, dass die Wassermoleküle, die den Elektroden am nächsten sind, „frustriert“ werden und sie aus den tetraedrischen Netzwerken herausgeschüttelt werden, in denen sie sich ansiedeln. Dies führt zu mehr „freien“ Wassermolekülen, die mit den katalytischen Stellen darauf in Kontakt kommen können die Elektroden.

Zweitens: Da sich die einzelnen Gase als Blasen an jeder Elektrode ansammeln, werden die Blasen durch die Vibrationen freigeschüttelt. Das beschleunigt den Elektrolyseprozess, da diese Blasen den Kontakt der Elektrode mit dem Wasser blockieren und die Reaktion begrenzen. Der Schall hilft auch, indem er Hydronium (positiv geladene Wasserionen) erzeugt und Konvektionsströme erzeugt, die den Stofftransport unterstützen.

In ihren Experimenten entschieden sich die Forscher für die Verwendung von Elektroden, die normalerweise eine recht schlechte Leistung erbringen. Die Elektrolyse erfolgt in der Regel mit seltenen und teuren Platin- oder Iridiummetallen und stark sauren oder basischen Elektrolyten, um die besten Reaktionsraten zu erzielen. Das RMIT-Team entschied sich jedoch für günstigere Goldelektroden und einen Elektrolyten mit neutralem pH-Wert. Sobald das Team die Schallvibrationen einschaltete, stiegen die Stromdichte und die Reaktionsgeschwindigkeit um den bemerkenswerten Faktor 14.

Es handelt sich also nicht um eine Situation, in der man für eine bestimmte Energiemenge, die in einen Elektrolyseur eingebracht wird, 14-mal mehr Wasserstoff erhält. Es handelt sich um eine Situation, in der das Wasser schneller und einfacher in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Und das hat einen beeindruckenden Einfluss auf die Gesamteffizienz eines Elektrolyseurs. „Mit unserer Methode können wir möglicherweise die Umwandlungseffizienz verbessern, was zu einer Netto-Energieeinsparung von 27 % führt“, sagte Professor Leslie Yeo, einer der leitenden Forscher.

Das Team glaubt, dass seine Arbeit durch schnellere Reaktionen, Energieeinsparungen und wesentlich günstigere Materialien und Elektrolyte dazu beitragen könnte, den Preis für grünen Wasserstoff zu senken.

Die Forschung ist Open Access in der Zeitschrift Advanced Energy Materials.

Quelle: RMIT