研究發現高頻聲波可使電解裝置多產生14倍的氫氣
皇家墨爾本理工大學的研究人員說,他們已經用一種由聲波推動的新電解技術解鎖了更便宜、更節能的綠色氫氣生產。在這些高頻振動的作用下,標準電解法生產的氫氣要多14倍。在電池不能攜帶足夠的能量,或者充電時間過長的地方,綠色氫氣作為一種重要的零排放燃料正在崛起,它可以攜帶更高密度的電並支持快速加滿燃料。
綠色氫氣是通過電解產生的;利用可再生能源發出的電將水分子分解成氫氣和氧氣,吸引每種氣體到不同的電極上,在那裡氫氣可以被捕獲、壓縮和儲存。
那麼,為什麼當RMIT團隊播放10-MHz的聲波時,這個過程的效果會好得多?根據剛剛發表在《先進能源材料》雜誌上的一篇研究論文,有幾個原因。
首先,振動水俱有”挫敗”離電極最近的水分子的效果,將它們從它們傾向於定居的四面體網絡中搖出來,這可以讓更多的”自由”水分子可以與電極上的催化點接觸。
其次,由於獨立的氣體以氣泡形式聚集在每個電極上,振動會將氣泡震散。這加快了電解過程,因為這些氣泡阻礙了電極與水的接觸,限制了反應。與此同時,震動帶來的聲音還有助於產生氫離子(帶正電的水離子),以及產生有助於質量轉移的對流。
在他們的實驗中,研究人員選擇使用通常表現相當差的電極。電解通常使用稀有和昂貴的鉑或銥金屬以及強酸或強鹼的電解液,以獲得最佳的反應速率,但皇家墨爾本理工大學的團隊使用了更便宜的金電極和中性pH值的電解液。只要該團隊打開聲音振動,電流密度和反應速率就會躍升14倍之多。
因此,只需要向電解裝置投放一定數量的能量,就可以得到多14倍的氫氣。這是一種水被更快、更容易地分成氫和氧的方法,對整體效率產生了令人印象深刻的影響。首席研究人員之一Leslie Yeo教授說:”通過我們的方法,我們可以潛在地提高轉換效率,從而實現27%的淨正能量節省。”
在更快的反應、節能和成本更低的材料和電解質之間,該團隊認為其工作可以幫助降低綠色氫氣的價格。
該研究在《先進能源材料》雜誌上公開發表。