Doorbraak Universiteit van Twente met Waterstof

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Functional Materials van Wiley VCH.

Polymeer elektrolyt membraan (PEM) waterelektrolysers en brandstofcellen gebruiken katalysatoren van edelmetalen als platina en iridium om de productie en conversie van waterstof zo efficiënt mogelijk te maken. Deze katalysatoren zijn echter duur en schaars. Daarom wil het Amerikaanse Ministerie van Energie (DOE) tegen 2026 prestaties bereiken die ongeveer 5-10 keer hoger zijn dan die van de huidige cellen, met minder dan 20% van de momenteel gebruikte hoeveelheid van deze metalen (momenteel ongeveer 3 mg/cm2 als totale lading van platina en iridium).

Geen prestatieverlies

Bij het bestuderen van platina als modelkatalysator combineerde het team samen met partners uit Erlangen (DE) en Pavia (IT), fysische dampdepositie (PVD) en gecontroleerde thermische behandelingen (bekend als solid-state dewetting) om zeer actieve en duurzame elektroden te maken met een minimale hoeveelheid edelmetaal. “Volgens onze voorlopige laboratoriumexperimenten kunnen we met onze aanpak de benodigde hoeveelheid kostbare katalysator mogelijk tot vijf keer verminderen. En dat alles zonder verlies in de waterstofproductie”, zegt onderzoeksleider Shreyas Harsha.

Teamleider Marco Altomare: “Onze methode is volledig chemicaliënvrij, dus veiliger en zonder verspilling van kostbare katalysatorprecursor, en het is schaalbaar – in feite worden vergelijkbare dunne film depositiemethoden al op grote schaal gebruikt in verschillende industriële toepassingen, en onze faciliteiten aan de Universiteit Twente zijn al geschikt om katalysatorlagen te coaten op oppervlakken tot een paar 100 cm2.”

Praktijktests

Als volgende doel wil het team de elektroden testen onder omstandigheden die relevant zijn voor de industrie, om een efficiënte en stabiele werking van waterelektrolyse aan te tonen en te valideren met edelmetaalbelastingen van minder dan 0,5 mg/cm2.