O hidrogênio industrial está mais perto de ser produzido de forma mais eficiente, graças às descobertas delineadas em um novo artigo publicado por pesquisadores do Laboratório Nacional de Idaho. No papel, O Dr. Dong Ding e seus colegas detalharam os avanços na produção de hidrogênio, que é usado no refino de petróleo, fabricação petroquímica e como combustível ecológico para transporte.

Os pesquisadores demonstraram a produção eletroquímica de hidrogênio de alto desempenho em uma temperatura mais baixa do que antes. Isso ocorreu devido a um avanço importante:um eletrodo de vapor de cerâmica que se auto-monta a partir de um tapete tecido.

"Nós inventamos um eletrodo de vapor auto-montado 3-D que pode ser escalonável, "disse Ding." A porosidade ultra-alta e a estrutura 3-D podem tornar a transferência de massa / carga muito melhor, então o desempenho foi melhor. "

Em artigo publicado pela revista Ciência Avançada , os pesquisadores relataram sobre o projeto, fabricação e caracterização de células de eletrólise de óxido sólido condutor de próton (P-SOECs) altamente eficientes com um novo eletrodo de vapor 3-D auto-montado. As células operaram abaixo de 600 ^o C. Eles produziram hidrogênio em uma alta taxa sustentada continuamente por dias durante o teste.

O hidrogênio é um combustível ecológico em parte porque, quando queima, o resultado é água. Contudo, não há fontes naturais adequadas e convenientes para o hidrogênio puro. Hoje, hidrogênio é obtido por reforming a vapor (ou "craqueamento") de hidrocarbonetos, como o gás natural. Este processo, no entanto, requer combustíveis fósseis e cria subprodutos de carbono, o que o torna menos adequado para uma produção sustentável.

Eletrólise de vapor, por contraste, precisa apenas de água e eletricidade para dividir as moléculas de água, gerando assim hidrogênio e oxigênio. A eletricidade pode vir de qualquer fonte, incluindo vento, solar, nuclear e outras fontes livres de emissões. Ser capaz de fazer a eletrólise com eficiência na temperatura mais baixa possível minimiza a energia necessária.

Um P-SOEC tem um eletrodo de vapor poroso, um eletrodo de hidrogênio e um eletrólito condutor de prótons. Quando a tensão é aplicada, o vapor viaja através do eletrodo de vapor poroso e se transforma em oxigênio e hidrogênio no limite do eletrólito. Devido a cobranças diferentes, os dois gases se separam e são coletados em seus respectivos eletrodos.

Então, a construção do eletrodo de vapor poroso é crítica, é por isso que os pesquisadores usaram uma forma inovadora de fazê-lo. Eles começaram com um modelo de tecido, colocá-lo em uma solução precursora contendo elementos que eles queriam usar, e depois queimei para remover o tecido e deixar para trás a cerâmica. O resultado foi uma versão em cerâmica do tecido original.

Eles colocaram o tecido cerâmico no eletrodo e perceberam que, em operação, ponte ocorreu entre os fios. Isso deve melhorar a transferência de massa e carga e a estabilidade do eletrodo, de acordo com o Dr. Wei Wu, o principal contribuinte para este trabalho.

O eletrodo e o uso de condução de prótons possibilitaram alta produção de hidrogênio abaixo de 600 ^o C. Isso é centenas de graus mais frio do que os métodos convencionais de eletrólise a vapor de alta temperatura. A temperatura mais baixa torna o processo de produção de hidrogênio mais durável, e também requer menos custos, materiais resistentes ao calor na célula de eletrólise.

Embora o hidrogênio já seja usado para alimentar veículos, para armazenamento de energia e como energia portátil, esta abordagem pode oferecer uma alternativa mais eficiente para a produção de alto volume.