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Die 3D-gedruckte Elektrode löst effektiv das Blasenproblem im Elektrolyseprozess

Das Bild zeigt die konstruierte 3D-Elektrode: Sie bewältigt die Blasenwanderung bei der Gasaustrittsreaktion bei hoher Stromdichte.

Die alkalische Wasserelektrolyse wird als eine Möglichkeit angepriesen, eine Wasserstoffwirtschaft aufzubauen, indem intermittierende erneuerbare Energie in saubere chemische Energie auf Wasserstoffbasis umgewandelt wird.

Die aktuelle Technologie erreicht jedoch nur eine geringe Stromdichte und einen geringen Spannungswirkungsgrad.

Um die Elektrolysetechnologie wertvoller zu machen, hat ein Team des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Zusammenarbeit mit der University of California, Santa Cruz und zwei weiteren Institutionen eine 3D-Druckelektrode entwickelt, die die Anzahl der Elektrolyseprozesse reduzieren kann. Das Problem, das durch die Blasen verursacht wird, die in der erzeugt werden.

Die 3D-gedruckte Elektrode löst effektiv das Blasenproblem im Elektrolyseprozess

Einer der Schlüssel zum Erreichen einer höheren Stromdichte bei der Elektrolyse sind die während des Elektrolyseprozesses erzeugten Blasen. Luftblasen vermischen sich oft, verursachen Verstopfungen und werden eingeschlossen, was es ihnen erschwert, zu entkommen.

Der Hauptautor eines von LLNL in „Advanced Energy Materials“ veröffentlichten Artikels, LLNL-Materialwissenschaftler Cheng Zhu (Cheng Zhu), sagte: „Diese neue Elektrode kann Luftblasen schneller beseitigen. Sie möchten nicht, dass Luftblasen im Material eingeschlossen werden .; Du musst sie so schnell wie möglich als Treibstoff herausnehmen.“

Die neue Elektrode mit einer einzigartigen 3D-Druckstruktur verhindert das Zusammenwachsen, Interferenzen und Einfangen von Blasen und bewirkt, dass die Blasen schnell freigesetzt werden. Das Forschungsteam stellte fest, dass die Stromdichte in der Struktur das 50-fache des Laborstandards betrug.

Das Team nutzte auch Simulationen, um herauszufinden, wie sich das Gas gebildet hat, wie es entweicht und wie schnell es entweicht. Da dieser Prozess innerhalb der Elektrode nicht sichtbar ist, ist die Simulation bei der Konstruktion von entscheidender Bedeutung.

Rongpei Shi, ein Materialwissenschaftler am LLNL, der die Simulation durchführte, sagte: „Dieses Modell hat uns geholfen, die grundlegende Wissenschaft dessen herauszufinden, was wir sehen. Die Elektrode ist nicht transparent, sodass Sie nicht sehen können, was im Inneren vor sich geht Plattform Und das Modell ist beispiellos wichtig für das Verständnis der physikalischen Phänomene im Inneren der Elektrode.“

Diese Arbeit demonstriert eine neue Methode zum Entwerfen von 3D-Elektroden, die einen schnellen Blasentransport und eine schnelle Freisetzung ermöglichen, wodurch die katalytische Gesamtaktivität der Elektrode bei kommerziell relevanten Stromdichten verbessert wird.

Brandon Wood, Deputy Project Leader of Hydrogen and Computational Energy Materials des LLNL Materials Science Department und Co-Autor dieses Artikels, sagte: „Auf der Materialseite der Elektrolyse wurde viel Arbeit geleistet, einschließlich der Suche nach Elektroden. Katalysatormaterialien. Unser Forschungsteam hat herausgefunden, dass gerade bei hoher Produktivität der tatsächliche Aufbau der Bauteile ebenso wichtig ist.“

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