Водород уже не первый год называют «топливом будущего»: при его сжигании не выделяется углекислый газ, а источником для производства служит обычная вода. Однако массовому внедрению экологичного водорода мешают технологические и экономические барьеры. Один из них — дорогие катализаторы и материалы, применяемые в процессах электролиза. Теперь корейские учёные нашли способ их обойти, сделав ключевую технологию PEM-электролиза проще и дешевле.
Команда профессора Ким Хи Така из Корейского института передовой науки и технологий (KAIST) совместно с доктором Ду Гису из Корейского института исследований в области энергетики (KIER) представила новую разработку, позволяющую получать водород высокой чистоты без необходимости использования платинового покрытия. Статья об этом достижении опубликована в журнале Energy & Environmental Science.
Главная проблема прежних систем заключалась в том, что активный катализатор — оксид иридия (IrOx) — демонстрировал нестабильную работу. Чтобы компенсировать низкую электропроводность, поверхность обычно покрывали платиной — дорогим и дефицитным металлом. Однако корейские учёные выяснили, почему без платины эффективность падает, и предложили элегантное решение.
Как показали исследования, «узкое место» находится на стыке между катализатором, иономером (проводником ионов) и титановым подложкой. Оказалось, что иономер — по сути, почти изолятор для электронов — блокирует электронный поток, создавая эффект «зажима» (pinch-off). Более того, на поверхности титана формируется оксидная плёнка, ещё сильнее увеличивающая сопротивление.
Чтобы устранить эти барьеры, учёные поэкспериментировали с размером частиц катализатора. Проведя серию испытаний и моделирование, они выяснили: при увеличении частиц IrOx до 20 нанометров или более зона смешивания с иономером уменьшается, что восстанавливает электронные пути и резко снижает сопротивление. Дополнительно была оптимизирована структура на границе раздела материалов, что позволило сохранить как высокую каталитическую активность, так и отличную проводимость.
«Нам удалось преодолеть компромисс между активностью и проводимостью катализатора. Теперь можно обходиться без дорогих материалов вроде платины», — подчеркнул профессор Ким Хи Так.
По его словам, это открытие приблизит практическую реализацию водородной экономики, сделав технологию PEM-электролиза доступной для массового применения.
Эксперты отмечают, что этот прорыв станет важным шагом не только для создания новых катализаторов, но и для коммерциализации высокоэффективных систем производства водорода с минимальными затратами на драгметаллы.
