Green hydrogen production from water splitting powered by renewable electricity

由可再生电力驱动的水分解生产绿色氢气

基本信息

  • 批准号:
    2889522
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Water splitting via an electrolyser powered by renewable or excess electricity is a full solution for sustainable net-zero production of green hydrogen, however, it is an energetically uphill process involving the hydrogen evolution reaction (HER) at the cathode and the oxygen evolution reaction (OER) at the anode. Whilst the 2-electron HER is relatively facile, the 4-electron OER is particularly sluggish and requires noble metal (Ir, Ru) electrocatalysts under acidic conditions. However, under alkaline conditions, OER is much facile and significant progress has been made recently where non-noble metal electrocatalysts such as transition metal (Ni, Fe) based layered double hydroxides (LDHs), phosphides and nitrides were effectively used for OER, and the latter two were also proven as bifunctional electrocatalysts for HER as well for OER.Build upon our nascent work on new electrocatalysts and electrodes for the OER anode and HER cathode, and the anion-exchange-membrane (AEM), in this project we will integrate the state-of-art electrocatalyst materials onto the alkaline AEM to develop membrane-electrode-assembly based water electrolyser, for sustainable hydrogen production with the maximum resource and energy efficiencies. We will pay particular attention to the catalytic electrode-electrolyte interface engineering to achieve efficient reaction kinetic, and fast charge and mass transports in the water electrolyser, to minimise overpotential loss and gain maximum voltage and overall system efficiency.Deliverables-A low-cost and scalable water electrolyser demonstrator for green hydrogen production, having an optimised scaffold structure and avoiding the use of noble metals, together with an in-depth understanding of the catalysis and electrochemical interactions involved.
通过由可再生电力或过剩电力供电的电解槽进行水分解是可持续净零生产绿色氢的完整解决方案,然而,这是一个充满活力的艰难过程,涉及阴极的析氢反应(HER)和析氧反应( OER)在阳极。虽然 2 电子 HER 相对容易,但 4 电子 OER 特别缓慢,并且在酸性条件下需要贵金属(Ir、Ru)电催化剂。然而,在碱性条件下,OER 非常容易进行,并且最近取得了重大进展,其中非贵金属电催化剂,例如过渡金属(Ni,Fe)基层状双氢氧化物(LDH)、磷化物和氮化物,可有效用于 OER,并且后两者也被证明可作为 HER 和 OER 的双功能电催化剂。基于我们针对 OER 阳极和 HER 阴极的新型电催化剂和电极的新工作,和阴离子交换膜(AEM),在这个项目中,我们将把最先进的电催化剂材料集成到碱性AEM上,开发基于膜电极组件的水电解槽,以最大限度地利用资源和能源实现可持续制氢效率。我们将特别关注催化电极-电解质界面工程,以实现水电解槽中高效的反应动力学、快速充电和传质,最大限度地减少过电势损失并获得最大的电压和整体系统效率。用于绿色制氢的可扩展水电解槽演示器,具有优化的支架结构,避免使用贵金属,以及对所涉及的催化和电化学相互作用的深入了解。

项目成果

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