Technologie zur Herstellung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse

Wasserstoff ist eine saubere Energiequelle. Die Elektrolyse von Wasser mit einer Elektrode aus galvanisierter Eisen-Nickel-Legierung wurde als technisch machbare Methode zur Erzeugung von Wasserstoff getestet. Bei der Elektrolyse von Wasser wird eine galvanisierte Eisen-Nickel-Legierung als Elektrode verwendet. Aufgrund ihrer geringen Kosten und hohen Effizienz wird erwartet, dass die Methode zur Massenproduktion sauberer Kraftstoffe, insbesondere Wasserstoff, eingesetzt wird. Diese Technologie verwendet ein kostengünstiges poröses Metallmaterial, das keine Edelmetallbeschichtung benötigt. Dadurch können die durch das Elektrolytwasser erzeugten Sauerstoffbläschen schnell entweichen, was die Produktionseffizienz erhöht.

Es wurde berichtet, dass die Elektrode aus Eisen-Nickel-Legierung die Elektrode mit der höchsten Sauerstoffproduktionseffizienz im alkalischen Elektrolyten ist. Das Verfahren verwendet Nickel und Eisen als Rohstoffe, die billig und einfach herzustellen sind. Dies steht im Gegensatz zu anderen Wasserelektrolysetechnologien, die wertvolle seltene Metalle als Katalysatoren und Elektrodenmaterialien benötigen. Die Elektrode besitzt eine reiche Porenstruktur und eine große spezifische Oberfläche und ihre katalytische OER-Aktivität übertrifft die vieler zuvor gemeldeter Katalysatoren auf Nickelbasis. Die intrinsische katalytische Aktivität poröser Elektroden aus Eisen-Nickel-Legierung wird durch ihren Fe-Gehalt beeinflusst. Diese Aktivität ist am höchsten, wenn der Fe-Molanteil 15 % erreicht. Ni0.85Fe0.15-180-3 weist unter industriellen Wasserelektrolysebedingungen eine hohe Stabilität auf und seine Leistung zeigt nach 250 Betriebsstunden keine signifikante Verschlechterung.
Bei der Elektrolyse zerlegt elektrischer Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Die geringe Effizienz, die hohen Kosten der Sauerstoffproduktion an Elektroden und der hohe Stromverbrauch sind einige der größten technischen Schwierigkeiten bei der industriellen Produktion der Wasserelektrolyse.

Die Eisen-Nickel-Legierung enthält zahlreiche Mikroporen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 200 Mikrometern, was etwa dem Doppelten des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht. Darüber hinaus befinden sich im ultradünnen Nickel-Eisen zahlreiche Mikroporen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 50 Nanometern Legierungsbeschichtung. Die Elektrode verfügt aufgrund der Mikroporen sowohl in der Beschichtung als auch im Inneren über eine große Oberfläche. Dies erleichtert die Freisetzung und das Entweichen des bei der Elektrolyse entstehenden Sauerstoffs. Ein unzureichender Sauerstoffblasenaustritt ist oft die Ursache für eine verminderte Nutzung der Elektroden.
Bei der Wasserstoffverbrennung entsteht ausschließlich Wasser, was ihn zu einer sauberen und effizienten Energiequelle macht. Wenn es in großem Maßstab und zu geringen Kosten hergestellt werden kann, könnte es dazu beitragen, den wachsenden Energiebedarf der Welt zu decken, die Umweltverschmutzung zu verringern und die globale Erwärmung einzudämmen.
Der Einsatz hochaktiver und stabiler Nickellegierungselektroden ist bei der alkalischen Wasserelektrolyse vielversprechend. Die erfolgreiche Herstellung mehrstufiger Elektroden mit poröser Struktur, die unter starker Gasentwicklung gebildet werden, liefert auch neue Ideen für die Optimierung der Struktur anderer Gasentwicklungselektroden.