Ученые из России и ЮАР «взломали код» самого дорогого катализатора для водородного производства

Фото: пресс-центр ЮФУ

Международная команда исследователей, состоящая из ученых Южного федерального университета, Курчатовского института, Института катализа СО РАН и специалистов из Южноафриканской Республики (HySA Infrastructure Center of Competence, North-West University), обнаружила способ значительно повысить эффективность и снизить стоимость ключевого компонента для производства «зеленого» водорода. Исследователи выяснили, что производительность дорогостоящих иридиевых катализаторов зависит не только от их состава, но и от правильной методики активации перед использованием. Это открытие может ускорить переход к водородной энергетике, делая экологически чистое топливо более доступным с экономической точки зрения.

«Зеленый» водород, получаемый из воды с помощью электроэнергии из возобновляемых источников, считается перспективным топливом будущего. Однако его массовое внедрение затрудняется высокой стоимостью технологий, основной частью которой является иридий — ключевой катализатор для выделения кислорода в электролизерах. Из-за его редкости и высокой цены развитие отрасли ограничено.

Вместо поиска дешевых замен иридия международная команда ученых из ЮФУ, Курчатовского института, Института катализа СО РАН и HySA Infrastructure CoC (Южная Африка) предложила другой подход: максимизировать эффективность существующего иридия. В ходе исследования они выяснили, что важным этапом является не только синтез катализатора, но и его активация. Правильный протокол активации может существенно изменить поверхность материала и его эффективность.


«Наше исследование показывает, что универсального метода активации не существует. Разные методы по-разному влияют на поверхность катализатора, что позволяет целенаправленно управлять его свойствами для повышения активности и стабильности», — отмечает старший научный сотрудник Елизавета Могучих.

Работа, выполненная в лаборатории «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» ЮФУ под руководством Анастасии Алексеенко в рамках государственного задания на 2023-2025 год, показала, как условия синтеза влияют на иридиевые катализаторы. «Мы проанализировали влияние условий синтеза на состав и микроструктуру катализаторов, сосредоточившись на монометаллических материалах для исключения синергетических эффектов», — говорит старший научный сотрудник Ангелина Павлец.

Ключевым результатом стало разработка методических стандартов для тестирования электрокатализаторов. «Мы продемонстрировали важность выбора правильных протоколов для оценки их эффективности и провели испытания в прототипе электролизера, что выявило сложности перехода от лабораторных результатов к промышленным условиям», — добавляет Анастасия Алексеенко.

Исследование стало возможным благодаря международному сотрудничеству специалистов в области водородной энергетики, что позволило оптимизировать усилия и использовать сильные стороны каждого партнера, отмечают сотрудники HySA Infrastructure CoC.

Исследование, опубликованное в авторитетном журнале Chemical Engineering Journal, не только углубляет наше понимание электрохимических процессов, происходящих на поверхности иридия, но и устанавливает новый методический стандарт для мирового научного сообщества. Оно предлагает производителям электролизеров и научным группам четкие практические рекомендации по оптимизации протоколов тестирования катализаторов, содержащих иридий.

Эти результаты, полученные в результате успешного сотрудничества между Россией и ЮАР, открывают новые перспективы для создания более дешевых и эффективных электролизеров, что является критически важным шагом на пути к глобальной водородной экономике. Исследование было выполнено в рамках государственного задания ЮФУ на 2023-2025 год.