Un changeur de jeu dans la technologie d'électrolyse de l'eau pour la production d'énergie hydrogène verte

Ces derniers temps, l'hydrogène a attiré l'attention en tant que ressource potentielle d'énergie propre en tant qu'alternative aux combustibles fossiles. En particulier, il y a eu une recherche et un développement actifs de la technologie d'électrolyse de l'eau qui extrait l'hydrogène de l'eau pour produire de l'énergie verte et évite l'émission de gaz à effet de serre. La technologie d'électrolyseur d'eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE), qui est actuellement présente dans une poignée de pays avancés, contient une technologie de matériau de base et utilise des catalyseurs coûteux à base de métaux nobles et des membranes échangeuses de protons à base de perfluorocarbone. Une telle technologie entraîne des coûts élevés de fabrication du système. Pour remédier à ces limites de la technologie conventionnelle, une équipe de recherche en Corée a récemment développé une technologie de base pour le système d'électrolyse de l'eau de nouvelle génération qui a considérablement amélioré la durabilité et les performances tout en réduisant considérablement le coût de production d'hydrogène vert.

L'Institut coréen des sciences et technologies (KIST, président Yoon, Seok-Jin) a annoncé le projet dans le cadre de la recherche conjointe entre l'équipe de recherche du Dr So Young Lee au Centre de recherche sur l'hydrogène et les piles à combustible et sous la direction du professeur Young Moo Lee de le Département de génie énergétique de l'Université de Hanyang, un assemblage d'électrodes à membrane (MEA) pour les électrolyseurs d'eau à membrane échangeuse d'anions (AEMWE) a été développé et devrait remplacer la coûteuse technologie PEMWE existante.

AEMWE, qui utilise une membrane échangeuse d'anions et un liant d'électrode, ne s'appuie pas sur les coûteuses électrodes métalliques du groupe du platine et remplace le matériau de la plaque séparatrice de la cellule d'électrolyse de l'eau par du fer au lieu du titane. Lorsque l'on compare le prix du catalyseur et du matériau séparateur seul, le coût de fabrication est réduit d'environ 3 000 fois celui du PEMWE existant. Cependant, il n'a pas été utilisé commercialement en raison de ses faibles performances par rapport à celles des PEMWE et des problèmes de durabilité de moins de 100 h de fonctionnement soutenu.

L'équipe de recherche a développé des matériaux échangeurs d'anions à base de poly(fluorényl-co-aryl pipéridinium) (PFAP) (membrane électrolytique et liant d'électrode) avec une conductivité ionique élevée et une durabilité dans des conditions alcalines en augmentant la surface spécifique dans la structure et sur cette base technologie, un assemblage d'électrodes à membrane a été développé. Le matériau développé a représenté une excellente durabilité de plus de 1 000 h de fonctionnement et a atteint une nouvelle performance de cellule record de 7,68 A/cm2. C'est environ six fois la performance des matériaux échangeurs d'anions existants et environ 1,2 fois celle de la technologie commerciale coûteuse PEMWE (6 A/cm2).

La technologie a surmonté les problèmes de performance et de durabilité des matériaux de base signalés comme des limites de la technologie AEMWE à ce jour et a élevé la qualité de la technologie à un niveau tel qu'il permet le remplacement de la technologie PEMWE. En plus de l'excellente performance et de la durabilité, la commercialisation des matériaux de membrane échangeuse d'anions développés est en cours avec l'incorporation d'applications de grande capacité et de grande surface.

Le Dr So Young Lee du KIST a commenté : « Notre équipe a développé un matériau et une technologie à haut rendement qui vont au-delà des limites de la technologie d'électrolyse de l'eau existante. Cette technologie devrait jeter les bases de l'introduction de la technologie d'électrolyse de l'eau de nouvelle génération. qui permet une réduction significative des coûts liés à la production d'hydrogène vert." Le professeur Young Moo Lee de l'Université de Hanyang a commenté : « Le matériau développé a un fort potentiel d'application en tant que matériau de base non seulement pour l'électrolyse de l'eau, mais aussi pour les piles à combustible à hydrogène, l'utilisation de la capture du carbone et les piles à combustible à ammoniac direct, qui sont la prochaine étape. l'industrie de l'hydrogène de génération.

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L'Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST) , fondé en tant que premier institut de recherche multidisciplinaire financé par le gouvernement en Corée, a établi une stratégie de développement national basée sur la science et la technologie et a diffusé diverses technologies industrielles essentielles. Aujourd'hui, un demi-siècle plus tard, le KIST élève le statut de la Corée dans le domaine de la science et de la technologie grâce à une R&D technologique fondamentale de pointe. Tourné vers l'avenir, le KIST continuera à s'efforcer d'être un institut de recherche de premier plan, poursuivant un avenir meilleur pour l'homme.

Cette recherche a été soutenue par le ministère des Sciences et des TIC (ministre Lim Hyesook) et a été menée dans le cadre du programme de recherche institutionnelle du KIST et du projet de développement technologique des composants matériels du Korea Evaluation Institute of Industrial Technology. La recherche a été publiée dans le récent numéro de 'Energy & Environmental Science' (IF : 38.532, JCR top 0.182%).