A hidrogén mint tiszta és környezetbarát energiaforrás, régóta a figyelem középpontjában áll. Bár a technológia már elérhető, az ipari méretű előállítás költségei eddig akadályt jelentettek a széles körű alkalmazásban. Egy új japán tanulmány azonban áttörést hozhat: a kutatók egy innovatív felületi rekonstrukciós stratégiával olyan katódokat fejlesztettek ki, amelyek olcsók, tartósak, és lehetővé teszik a hatékony hidrogéntermelést nem nemesfém alapú anyagokkal.

A hidrogénenergia ígérete és akadályai

A Tohoku Egyetem kutatói olyan megoldást mutattak be, amely áttörést jelenthet a PEM (protoncserélő membrános) elektrolízis gyakorlati alkalmazásában, írja az Interesting Engineering.

Ez a módszer az egyik legígéretesebb technológia a zöld hidrogén előállítására, ugyanis vízbontással tiszta hidrogént képes előállítani megújuló energiaforrások felhasználásával. A technikai kihívások azonban – például az agresszív savas környezet – eddig megkövetelték drága, nemesfém alapú katalizátorok használatát.

A kutatók által kidolgozott stratégia lényege, hogy a katód anyagának felszínét úgy alakítják át, hogy az alkalmasabbá váljon a hidrogénfejlődési reakció (HER) katalizálására. Ehhez kobalt-foszfid (CoP) alapú anyagokat használtak, amelyeket fluormódosítással tettek még hatékonyabbá. A módosítás során a Co–P kötések részben felbomlanak, és aktívabb, amorf fémes kobalt képződik, amely hatékonyabban katalizálja a HER-reakciót.

Laboratóriumi és ipari méretű kísérletek egyaránt alátámasztották a módszer sikerességét. A CoP|F katód több mint 300 órán keresztül stabil teljesítményt nyújtott savas közegben, mintegy 76 wattos elektromos teljesítményt fenntartva. A számítások szerint a hidrogén előállítási költsége így elérheti a 2,17 USD/kg H₂ szintet, amely mindössze 17 centtel haladja meg az amerikai Energiaügyi Minisztérium 2026-ra kitűzött célját.

A kutatás rávilágít arra, hogy megfelelő tervezéssel és anyagválasztással olcsó és hatékony alternatívát találhatunk a nemesfémek helyett. (Kép forrása: Unsplash)

A kutatás jövője

A fejlesztés kulcsa az anyagok nanoszerkezetének és elektronszerkezetének célzott módosítása volt, amit XAS-módszerrel és Raman-analízissel igazoltak. A kutatók elméleti számításokkal (DFT-modellezés) is alátámasztották, hogy a fluormódosítás elősegíti a foszforhiányos területek kialakulását a kristályszerkezetben, ami a HER-reakció szempontjából aktívabb katalitikus helyek létrejöttét eredményezi.

Az áttörés jelentősége nem csupán tudományos: a kutatás rávilágít arra, hogy megfelelő tervezéssel és anyagválasztással olcsó és hatékony alternatívát találhatunk a nemesfémek helyett – ami kulcsfontosságú lehet a hidrogénalapú gazdaság megvalósításában.

A kutatás egyik vezetője, Heng Liu elmondta, hogy ez a fejlesztés egy fontos lépés afelé, hogy a hidrogénüzemanyag széles körben elérhető, környezetbarát energiaforrássá váljon.

Kiemelt kép forrása: Pixabay