Продемонстровано прототип електролізера, який не деградує через солі в морській воді, ефективно виділяючи з неї цінні елементи – водень і літій.
©Nanjing Tech University
Водень вважається одним з найперспективніших видів палива майбутнього. Його спалювання не призводить до виділення парникових газів в атмосферу. Однак “чистий” водень отримують електролізом води, розкладаючи її молекули під дією електрики, і цей процес вже далеко не настільки зручний. Вода для нього потрібна прісна, запаси якої далеко не безмежні. Якщо опріснювати морську воду, то витрати енергії на весь процес виявляться занадто великі.
Існують електролізери, здатні працювати з морською водою. Але великі кількості солі, що містяться в ній, в процесі розпадаються на складові іони, і утворюється хлорид, який призводить до швидкої деградації анода, вимагаючи постійної заміни. Вирішити цю проблему вдалося розробникам з Нанкінського технічного університету. Створений ними електролізер здатний працювати з морською водою протягом майже пів року без перерви, виділяючи з неї і водень, і навіть літій — ще один вкрай затребуваний сьогодні елемент. Стаття китайських вчених опублікована в журналі Nature.
Ключовим нововведенням в пристрої стала ізоляція, що відокремлює солону воду від електролізної системи. Анод і катод, на яких відбувається виділення водню і кисню, розділені мембраною, занурені в електроліт (розчин гідроксиду калію) і оточені тонким шаром ізолятора на основі тефлону. Пори в ізоляторі досить малі і не пропускають рідину всередину, але залишаються проникні для окремих молекул водяної пари. При роботі пристрою концентрація електроліту зростає, змушуючи воду прагнути крізь мембрани і проходити всередину. Це забезпечує постійний приплив чистої води, залишаючи солі поза системою.
©Nanjing Tech University
Автори зібрали прототип пристрою, що включає 11 таких осередків, і випробували його з використанням звичайної морської води. Він пропрацював без збоїв, без деградації електродів і мембран протягом 3200 годин (133 доби), виробивши за цей час близько 386 літрів водню (31,7 грама). Можна підрахувати, що на виробництво кубометра палива система витрачає п’ять кіловат-годин енергії, а оскільки кубометр водню містить 3,54 кіловат-години, ККД становить 71%.
Це помітно нижче, ніж у більшості комерційних електролізерів, які використовуються сьогодні, але варто пам’ятати, що поки мова йде про прототип, який можна буде оптимізувати. Також розробники відзначають, що за допомогою аналогічних пристроїв з морської води можна буде витягувати і літій. Вчені продемонстрували, що робота електролізера поступово підвищує концентрацію цих іонів. За пару сотень годин вона збільшується більш ніж в 40 разів, дозволяючи осадити літій у вигляді кристалів карбонату.