革新的な触媒によりグリーン水素の生産効率が大幅に向上

韓国標準科学研究所、韓国、大田

新開発の触媒を用いた水の電気分解システムを運用する研究者。 (画像：韓国標準科学研究院)

水の電気分解により製造されるグリーン水素は、製造時に二酸化炭素などの汚染物質を発生しない、環境に優しい次世代エネルギーです。触媒は水の電気分解プロセスで重要な役割を果たし、水を水素と酸素に分解します。グリーン水素の製造効率はこれらの触媒の性能に大きく依存します。したがって、グリーン水素の商業化は、長期間にわたって高性能を維持できる費用対効果の高い触媒の開発にかかっています。

韓国の研究者は、コストを削減しながらグリーン水素製造の効率を大幅に向上させる新材料の開発に成功しました。

韓国標準科学研究院 (KRISS) は、陰イオン交換膜 (AEM) 水の電気分解に使用する高性能卑金属触媒を開発しました。新しく開発された触媒は、貴金属ベースの代替触媒よりも手頃な価格であるだけでなく、優れた性能を示し、グリーン水素の商業化に一歩近づきます。

現在、AEM 水電解システムは主に白金 (Pt) やイリジウム (Ir) などの貴金属触媒に依存しています。しかし、これらの材料はコストが高く、劣化しやすいため、水素製造のコストが大幅に増加します。この課題を克服するには、耐久性があり、手頃な価格の卑金属触媒の開発が不可欠です。

KRISS Emerging Materials Metrology Group は、ニッケルモリブデン (MoO 2-Ni4Mo) 構造を持つ二酸化モリブデンに少量のルテニウム (Ru) を導入することにより、卑金属触媒の開発に成功しました。二酸化モリブデンは高い導電性を示しますが、アルカリ環境では劣化するため、水電解触媒としての使用は制限されてきました。

研究者らは、包括的な構造解析を通じて、二酸化モリブデンへの水酸化物イオン (OH-) の吸着が劣化の主な原因であることを特定しました。

これらの発見に基づいて、彼らは二酸化モリブデンの劣化を防ぐために最適な比率でルテニウムを組み込む方法を考案しました。結果として生じる 3 ナノメートル未満のルテニウム ナノ粒子は、触媒の表面に薄い層を形成し、劣化を防ぎ耐久性を高めます。

性能評価の結果、新しく開発された触媒は、既存の市販材料と比較して 4 倍の耐久性と 6 倍以上の活性を備えていることが判明しました。

さらに、この触媒をペロブスカイト - シリコン タンデム太陽電池と統合すると、22.8% という驚くべき太陽光から水素への変換効率を達成し、再生可能エネルギー源との強い適合性を強調しました。

また、この触媒は塩水中で高い活性と安定性を示し、高品質の水素を生成しました。この機能により、淡水化に関連するコストが大幅に削減されることが期待されます。

KRISS Emerging Materials Metrology Group の主任研究員である Sun Hwa Park 博士は、「現在、グリーン水素の製造には精製水が必要ですが、実際の海水を使用すれば、淡水化に関連するコストを大幅に削減できる可能性があります。私たちはこの分野での研究を継続する予定です。」

この研究は、KRISS MPI ラボ プログラムの支援を受け、ソウル国立大学の Ho Won Jang 教授のチームおよび韓国材料科学研究所の Sung Mook Choi 博士のチームと協力して実施されました。

この研究結果は、応用触媒 B:環境とエネルギー の 7 月号に掲載されました。 (IF:20.2)、化学工学分野の主要ジャーナル。

詳細については、Eunhye Bae までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。表示するには JavaScript を有効にする必要があります。