Исследовательская группа доктора Чжи-Хён Хан из Центра конвергентных исследований связей и интеграции секторов Корейского института энергетических исследований (KIER) совершила прорыв в создании водородного топлива. Они разработали новый тип электрода для расщепления воды, который не боится морской воды и сохраняет стабильность в жестких промышленных условиях.

Основная проблема производства водорода через электролиз — потребность в пресной воде, ресурс которой на планете ограничен. Поэтому использование морской воды выглядит крайне привлекательно. Однако здесь ученых поджидала серьезная преграда: хлориды в морской воде быстро разъедают традиционные металлические электроды, выводя их из строя.

Подробности опубликованы в издании Applied Surface Science.

Команда KIER предложила неожиданно простое, но эффективное решение в виде электрода на основе углеродной ткани. Этот материал изначально хорошо проводит ток, устойчив к коррозии и недорог. Но был нюанс: при высоких плотностях тока, необходимых для промышленности, обычные углеродные электроды быстро деградировали.

Корейские ученые нашли способ значительно улучшить свойства углеродной ткани. Они подвергли ее оптимизированной кислотной обработке в специально сконструированном сосуде, который предотвращает испарение и изменение концентрации кислоты. Это ключевое ноу-хау.

В результате ткань стала гидрофильной, то есть сроднилась с водой. Это позволило равномерно нанести на ее поверхность активные каталитические материалы:

• Кобальт и молибден как основа.
• Минимальное количество драгоценного рутения — около 1% по массе для резкого увеличения эффективности.

Почему это важно:

• Эффективность выросла на 30%. Новый электрод требует на 25% меньше дополнительного напряжения (перенапряжения) для запуска реакции, что делает выделение водорода энергетически выгоднее.
• Рекордная стабильность. Электрод непрерывно проработал более 800 часов (свыше месяца!) при высокой плотности тока 500 мА/см², что соответствует промышленным требованиям.
• Устойчивость. После испытаний в электролите не обнаружили следов вымывания металлов — электрод не разрушился.
• Масштабируемость. Ученые уже изготовили рабочий образец электрода площадью 25 см², доказав возможность увеличения размеров.

Наша технология — первая в мире, где электрод на углеродной ткани показал столь долгую работу в морской воде в условиях, приближенных к промышленным, — комментирует доктор Чжи-Хён Хан. — Следующие шаги — испытания на срок более 1000 часов и создание полноразмерных модулей и стеков.

Реальная польза этого исследования кроется в решении двух критических проблем «зеленого» водорода: стоимости и ресурсной базы.

• Вода: использование морской воды снимает вопрос конкуренции за пресноводные ресурсы, что особенно важно для засушливых прибрежных регионов, идеальных для размещения солнечных и ветровых электростанций.
• Материалы: резкое сокращение использования дорогого рутения (всего 1%) и замена коррозионных металлических основ на стойкую углеродную ткань ведут к снижению капитальных затрат на электролизер.
• Долговечность: стабильность в 800+ часов на высоких токах — это прямой путь к снижению эксплуатационных расходов, так как уменьшается частота замены дорогостоящих компонентов.
  В итоге это приближает момент, когда «зеленый» водород из морской воды сможет конкурировать по цене с водородом из ископаемого топлива, открывая путь к декарбонизации промышленности и тяжелого транспорта.

Основной вопрос, который остается за рамками пресс-релиза, — это тестирование в реальной, а не имитированной морской воде. Лабораторный электролит с хлоридами моделирует лишь один аспект проблемы. Натуральная морская вода — сложный «коктейль» из микроорганизмов, органики, взвесей и других примесей, которые могут отравлять катализатор или забивать поры электрода. Без длительных испытаний в реальных условиях заявления об устойчивости к коррозии могут оказаться преждевременными. Кроме того, масштабирование с 25 см² до промышленных квадратных метров — это нетривиальная инженерная задача, где могут проявиться новые проблемы с равномерностью покрытия и механической прочностью.

Ранее ученые создали устройство, которое получает питьевую воду из морской.