Pri proizvodnji vodika lahko že majhne razlike na površini nikljeve elektrode odločajo o tem, kako učinkovito poteka reakcija. Slovenski raziskovalci so ugotovili, da jo nikljev hidroksid pospešuje, medtem ko nikljev oksid in nikljev hidrid delovanje zavirata. Odkritje daje jasnejšo podlago za razvoj elektrolizerjev, ki bi uporabljali dostopen nikelj namesto dražjih plemenitih kovin.
Nikelj že uporabljajo v sistemih za alkalno elektrolizo vode, vendar so raziskave doslej ponujale različne, tudi nasprotujoče si razlage njegovega delovanja. Površina elektrode namreč med pripravo in uporabo spreminja kemijsko stanje. Raziskovalci so zato ločeno preučili vlogo posameznih oblik niklja, ki nastajajo na njej in pod njo.
Kot poroča STA po navedbah Kemijskega inštituta, je raziskovalni projekt vodil Dušan Strmčnik, prvi avtor študije pa je Dževad K. Kozlica. Rezultate so raziskovalci objavili v znanstveni reviji Nature Catalysis.
Ena kovina, različni učinki
Nikljev hidroksid pospešuje nastajanje vodika, ker na stiku s kovinskim nikljem pomaga pri razcepitvi vode in ustvarja nova aktivna mesta. Nikljev oksid ta mesta prekriva, nikljev hidrid pa reakcijo zavira s spremembo lastnosti niklja. Ugotovitev tako pomaga pojasniti, zakaj so prejšnje raziskave pri na videz podobnih nikljevih elektrodah izmerile zelo različno učinkovitost.
“Nikelj pogosto obravnavamo kot en sam katalizator, vendar je lahko na njegovi površini več kemijsko različnih zvrsti, od katerih ima vsaka drugačno vlogo. Z ločitvijo njihovih prispevkov lahko pojasnimo velik del razlik v objavljeni literaturi in vzpostavimo jasnejšo podlago za načrtovanje izboljšanih nikljevih elektrod,” je pojasnil Kozlica.
Raziskovalci so za študijo pripravili nikljeve površine z nadzorovanimi količinami posameznih kemijskih oblik. Njihovo delovanje so nato preverili z elektrokemijskimi meritvami, analizami površine in računalniškimi izračuni.
Pot do učinkovitejših elektrolizerjev
Izsledki kažejo, da pri razvoju elektrod ni pomembna le izbira niklja kot materiala, temveč tudi natančen nadzor njegove površine med pripravo in delovanjem elektrolizerja. Cilj nadaljnjega razvoja je ohraniti ustrezno količino nikljevega hidroksida ob kovinskem niklju ter omejiti nastajanje oksida in hidrida.
To še ne pomeni, da je nova generacija elektrolizerjev že pripravljena za uporabo. Raziskava pa ponuja konkretne smernice za njihovo izboljšanje. Učinkovitejša proizvodnja zelenega vodika bi bila posebej pomembna za panoge, ki jih je težko neposredno elektrificirati, med njimi kemijsko in jeklarsko industrijo, ter za dolgoročnejše shranjevanje energije iz obnovljivih virov.
Pri projektu so sodelovali raziskovalci Kemijskega inštituta, slovenskih univerz in Instituta Jožef Stefan ter partnerji iz ZDA in Češke. Financirala ga je Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost RS.
