Sound vibrations turbo charge green hydrogen production
Vibrations sonores turbo charge production d'hydrogène vert
par l'Université RMIT
Diagramme :a) Représentation schématique (pas à l'échelle) de la cellule électrochimique SRBW qui se compose d'une chambre d'électrolyte en verre contenant l'électrolyte neutre (phosphate de sodium 0,1 M ; Na2HPO/NaH2PO4) au-dessus du dispositif SRBW à l'échelle de la puce, qui comprend un piézoélectrique (niobate de lithium ; LiNbO3 ) substrat sur lequel une électrode de transducteur interdigital (IDT) est modelée. Une électrode de travail circulaire en or polycristallin (Au) (WE) est également modelée sur le substrat dans la voie de propagation SRBW sous la chambre. La configuration électrochimique est complétée par une électrode de référence Ag/AgCl (RE) et une contre-électrode à fil de platine (Pt) (CE) montées dans le couvercle de la chambre. b, c) Scans de vibrométrie laser Doppler des SRBW (20 dBm) se propageant sur le substrat LiNbO3 et à travers le WE (contour en pointillés); la barre de couleur indique l'amplitude de l'accélération de surface associée au SRBW. Crédit : Matériaux énergétiques avancés (2022). DOI : 10.1002/aenm.202203164
Des ingénieurs de Melbourne ont utilisé des ondes sonores pour multiplier par 14 la production d'hydrogène vert, grâce à l'électrolyse pour séparer l'eau.
Ils disent que leur invention offre un moyen prometteur d'exploiter un approvisionnement abondant en hydrogène bon marché pour les transports et d'autres secteurs, ce qui pourrait réduire radicalement les émissions de carbone et aider à lutter contre le changement climatique.
En utilisant des vibrations à haute fréquence pour "diviser et conquérir" les molécules d'eau individuelles pendant l'électrolyse, l'équipe a réussi à diviser les molécules d'eau pour libérer 14 fois plus d'hydrogène par rapport aux techniques d'électrolyse standard.
L'électrolyse implique que l'électricité traverse l'eau avec deux électrodes pour diviser les molécules d'eau en gaz oxygène et hydrogène, qui apparaissent sous forme de bulles. Ce processus produit de l'hydrogène vert, qui ne représente qu'une petite fraction de la production mondiale d'hydrogène en raison de la grande quantité d'énergie requise.
La majeure partie de l'hydrogène est produite à partir de la séparation du gaz naturel, connu sous le nom d'hydrogène bleu, qui émet des gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
Le professeur agrégé Amgad Rezk de l'Université RMIT, qui a dirigé les travaux, a déclaré que l'innovation de l'équipe relève de grands défis pour la production d'hydrogène vert.
"L'un des principaux défis de l'électrolyse est le coût élevé des matériaux d'électrode utilisés, tels que le platine ou l'iridium", a déclaré Rezk de la School of Engineering du RMIT.
"Les ondes sonores facilitant l'extraction de l'hydrogène de l'eau, cela élimine le besoin d'utiliser des électrolytes corrosifs et des électrodes coûteuses telles que le platine ou l'iridium.
"Comme l'eau n'est pas un électrolyte corrosif, nous pouvons utiliser des matériaux d'électrode beaucoup moins chers tels que l'argent."
La possibilité d'utiliser des matériaux d'électrode à faible coût et d'éviter l'utilisation d'électrolytes hautement corrosifs a changé la donne pour réduire les coûts de production d'hydrogène vert, a déclaré Rezk.
La recherche est publiée dans Advanced Energy Materials. Une demande de brevet provisoire australien a été déposée pour protéger la nouvelle technologie.
Le premier auteur, Yemima Ehrnst, a déclaré que les ondes sonores empêchaient également l'accumulation de bulles d'hydrogène et d'oxygène sur les électrodes, ce qui améliorait considérablement sa conductivité et sa stabilité.
"Les matériaux d'électrode utilisés dans l'électrolyse souffrent de l'accumulation d'hydrogène et d'oxygène gazeux, formant une couche de gaz qui minimise l'activité des électrodes et réduit considérablement ses performances", a déclaré Ehrnst, un Ph.D. chercheur à l'école d'ingénieurs du RMIT.
Dans le cadre de leurs expériences, l'équipe a mesuré la quantité d'hydrogène produite par électrolyse avec et sans ondes sonores à partir de la sortie électrique.
"La sortie électrique de l'électrolyse avec des ondes sonores était environ 14 fois supérieure à l'électrolyse sans elles, pour une tension d'entrée donnée. Cela équivalait à la quantité d'hydrogène produite", a déclaré Ehrnst.
Les applications potentielles du travail de l'équipe
L'éminent professeur Leslie Yeo, l'un des principaux chercheurs principaux, a déclaré que la percée de l'équipe ouvrait la porte à l'utilisation de cette nouvelle plate-forme acoustique pour d'autres applications, en particulier lorsque l'accumulation de bulles sur les électrodes était un défi.
"Notre capacité à supprimer l'accumulation de bulles sur les électrodes et à les éliminer rapidement par des vibrations à haute fréquence représente une avancée majeure pour la conductivité et la stabilité des électrodes", a déclaré Yeo de la School of Engineering du RMIT.
"Grâce à notre méthode, nous pouvons potentiellement améliorer l'efficacité de la conversion, entraînant une économie d'énergie positive nette de 27 %."
Prochaines étapes
Bien que l'innovation soit prometteuse, l'équipe doit surmonter les défis liés à l'intégration de l'innovation des ondes sonores aux électrolyseurs existants pour intensifier le travail.
« Nous souhaitons collaborer avec des partenaires de l'industrie pour stimuler et compléter leur technologie d'électrolyseur existante et l'intégrer aux processus et systèmes existants », a déclaré Yeo.
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COMMENTAIRES
Bravo pour cette amélioration de rendement mais l 'enjeu est ailleurs ;l hydrogène industriel vient à 95% du fossile (vapo -refor ming du gaz ou cracking du méthane ) et tant que ceux ci dureront la montée
a l hydrogène vert restera a la traine !
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More information: Yemima Ehrnst et al, Acoustically‐Induced Water Frustration for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction in Neutral Electrolytes, Advanced Energy Materials (2022). DOI: 10.1002/aenm.202203164
Journal information: Advanced Energy Materials
Provided by RMIT University
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