Robert Klatt
Schallwellen können Elektrolysesysteme in hochfrequente Vibrationen versetzen und dadurch die Wasserstoffausbeute stark erhöhen. Teure Elektroden aus Platinmetallen und alkalische oder saure Elektrolytlösung benötigt ein solches System nicht.
Melbourne (Australien). Grüner Wasserstoff wird produziert, indem Wassermoleküle per Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten werden. Um die Effizienz dieses Prozesses zu erhöhen, werden meist Elektroden aus teuren Platinmetallen verwendet. Zudem kommen alkalische oder stark saure Elektrolytlösung zum Einsatz, die eine schnelle Korrosion der Anlagen auslösen.
Andere Elektrolysesysteme, die neutrale Elektrolyte und deutlich günstigere Elektrodenmaterialien verwenden, waren bisher deutlich ineffizienter, weil sich das Gas an den Elektroden sammelt und weitere Reaktionen erschwert. Nun haben Wissenschaftler der RMIT University ein solches Elektrolysesystem durch Schallwellen so verbessert, das es mit hoher Effizienz Wasser spalten kann.
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Advanced Energy Materials erprobten die Forscher um Yemima Ehrnst, was passiert, wenn man ein Elektrolysesystem mit neutralen Elektrolyten und günstigen Elektrodenmaterialien mit hochfrequenten Schallwellen vibrieren lässt. Dazu entwickelten sie eine elektrochemische Reaktionszelle auf Basis des piezoelektrischen Materials Lithiumniobat, das hochfrequente Schall- und Oberflächenwellen im flüssigen Medium erzeugen kann. Als Elektrolyt kam Natriumphosphat zum Einsatz.
Messungen ergaben, dass die Vibrationen im flüssigen Medium der elektrochemischen Zelle die Wasserstoffausbeute des Elektrolysesystems um das 14-fache erhöhen. Wie Leslie Yeo erklärt, liegt dies primär daran, dass die hochfrequenten Vibrationen die Bildung von Gasblasen an den Elektroden verhindern.
„Dies ist ein wichtiger Vorteil für die Leitfähigkeit und Stabilität der Elektroden.“
Außerdem beeinflussen die Schallwellen auch die Bindung und Struktur der Wassermoleküle, indem sie die Wasserstoffbrücken lockern oder sogar durchtrennen. Dabei entstehen freie Wassermoleküle, die leichter elektrochemisch abgespalten werden können. Die Extraktion von Wasserstoff wird laut Amgad Rezk dadurch deutlich einfacher.
„Die Schallwellen machen es sehr viel leichter, Wasserstoff aus dem Wasser zu extrahieren. Dadurch entfällt die Notwendigkeit korrosiver Elektrolyte und teurer Elektroden aus Platin oder Iridium.“
Laut den Entwicklern ist mit ihrer Technologie eine effiziente und günstige Wasserstofferzeugung ohne korrosive Elektrolyte und Platinelektroden möglich.
„Unser Ansatz ist ein praktisch anwendbarer und kostengünstiger Weg, um grünen Wasserstoff auch mit billigen, breit verfügbaren und als wenig effektiv geltenden Elektroden zu erzeugen.“
Aktuell arbeiten die Forscher daran, das Vibrationsmodul weiter zu optimieren und in herkömmliche Elektrolysesysteme zu integrieren.
„Wir erwarten, dass sich die Ausbeute mit höheren Stromdichten sogar noch weiter verbessern lässt.“
Advanced Energy Materials, doi: 10.1002/aenm.202203164
