طور الباحثون محفزًا جديدًا يمكن أن يجعل إنتاج الهيدروجين أرخص وأكثر عملية لأنظمة الطاقة المتجددة.
يُنظر إلى الهيدروجين منذ فترة طويلة على أنه أحد أكثر أنواع الوقود النظيف الواعدة لأنه يمكنه تخزين الطاقة المتجددة وعدم إنتاج أي انبعاثات كربونية عند استخدامه.
ومع ذلك، ظل إنتاج الهيدروجين بكفاءة وبأسعار معقولة يمثل تحديًا كبيرًا، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن المحللات الكهربية الأكثر فعالية اليوم تعتمد على معادن مجموعة البلاتين النادرة والمكلفة. يعتبر العثور على بدائل أرخص يمكنها تقديم أداء عالٍ خطوة أساسية نحو جعل تخزين الطاقة المتجددة على نطاق واسع عمليًا.
الآن، توصل فريق بحث بقيادة جانج وو، أستاذ الطاقة والهندسة البيئية والكيميائية في كلية ماكيلفي للهندسة في جامعة واشنطن في سانت لويس، طورت محفزًا جديدًا يمكن أن يساعد في التغلب على تلك العوائق.
ابتكر الفريق محفزًا ذو بنية متغايرة لمحلل كهربائي للماء بغشاء تبادل الأنيونات (AEMWE)، وهو نظام يستخدم الكهرباء المتجددة لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. ومن خلال الجمع بين مادتين من الفوسفيد، صمم الباحثون محفزًا ينتج الهيدروجين بكفاءة دون الاعتماد على مواد مكلفة تعتمد على البلاتين، مما قد يخفض سعر إنتاج الهيدروجين النظيف.
يمكن للمحفزات الرخيصة تخزين الطاقة
كان فريق وو يبحث عن بدائل للعوامل الحفازة التي تعتمد على معادن مجموعة البلاتين باهظة الثمن. يركز نهجهم على استخدام الكهرباء من ضوء الشمس أو الرياح أو الماء لفصل الهيدروجين عن الماء، وتحويل الطاقة المتجددة إلى وقود يمكن تخزينه واستخدامه لاحقًا.
وقال وو: “إن الانتقال من الماء إلى الهيدروجين هو وسيلة مرغوبة للغاية حيث يمكننا تخزين الطاقة لتطبيقات مختلفة”. “يمكن استخدام الهيدروجين نفسه كحامل للطاقة وهو مفيد لمختلف الصناعات الكيميائية والتصنيع.”
يعمل اثنان من الفوسفيدات على تحسين استخلاص الهيدروجين
قام الفريق بدمج فوسفيد الرينيوم (Re2P) مع فوسفيد الموليبدينوم (MoP) لتشكيل محفز مركب تعمل أجزائه معًا لتحسين إنتاج الهيدروجين. يساعد الرينيوم في امتصاص الهيدروجين وامتصاصه، بينما يساعد الموليبدينوم في تسريع عملية تقسيم الماء، مما يوفر البروتونات في المنحل بالكهرباء القلوي.
عندما تم إقران المحفز بأنود من الحديد والنيكل، كان أداء الكاثود الناتج أفضل من الكاثود الرائد المصنوع من مواد أخرى وتجاوز أيضًا معيار PGM. وأظهر الباحثون أيضًا أنه يمكن تشغيله بكثافة تيار صناعي تبلغ 1 و2 أمبير لكل سنتيمتر مربع لأكثر من 1000 ساعة. وقال وو إن هذا يجعله واحدًا من أكثر الكاثودات متانة وخالية من معادن المجموعة البلاتينية المستخدمة في التحليل الكهربائي للمياه بغشاء التبادل الأنيوني.
وقال وو: “لقد أتاحت لنا النتائج التي توصلنا إليها ترشيد الدور الحاسم لهندسة شبكة روابط الهيدروجين في واجهة المحفز/الكهارل في تصميم AEMWEs عالية الكفاءة ومنخفضة التكلفة”. “أظهر المحفز الخاص بنا أدنى مقاومة عبر النطاق المحتمل المدروس، مما يشير إلى أسرع حركية لامتصاص الهيدروجين بين المحفزات المدروسة. إن مقاييس الأداء والمتانة التي تم تحقيقها حديثًا تجعل محفزنا واحدًا من أكثر مجموعات الأقطاب الكهربائية الغشائية الواعدة للمحللات الكهربائية العملية للمياه ذات غشاء تبادل الأنيونات. ”
تم إجراء التجارب على نطاق مختبري، لكن الفريق يخطط الآن لدراسة ما إذا كان من الممكن استخدام الكاثود على المستوى الصناعي.
المرجع: “تصميم كاثود جاف عبر تنظيم شبكة روابط الهيدروجين في البنية المتغايرة للفوسفيد/واجهات المنحل بالكهرباء للتحليل الكهربائي للمياه القلوية” بقلم جياشون ليانغ، ويو لي، وتشون-واي تشانغ، ومينغكسوان تشياو، وجينكسينغ فنغ، وتشاو تشاو دون، وان-لو لي، وجانغ وو، 7 أبريل 2026، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.
دوى: 10.1021/jacs.6c02768
تم دعم هذا العمل ماليًا من قبل صندوق بدء التشغيل التابع لـ G. Wu في جامعة واشنطن في سانت لويس.
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
