Sebuah Strategi Baru untuk Produksi Hidrogen yang Efisien

Tim riset gabungan, yang berafiliasi dengan UNIST telah memperkenalkan sistem Hybrid-Solid Electrolysis Cell (Hybrid-SOEC) dengan kinerja elektrokimia tertinggi yang dilaporkan dalam produksi hidrogen. Sistem yang diusulkan telah menarik banyak perhatian sebagai pilihan baru yang menjanjikan untuk produksi hidrogen yang hemat biaya dan sangat efisien, karena ini menunjukkan kinerja yang sangat baik dibandingkan dengan sistem elektrolisis air lainnya.

Terobosan ini telah dipimpin oleh Profesor Guntae Kim di Sekolah Energi dan Teknik Kimia di UNIST bekerja sama dengan Profesor Tak-Hyoung Lim dari Korea Institute of Energy Research (KIER) dan Profesor Jeeyoung Shin dari Universitas Wanita Sookmyung.

Sel elektrolit oksida padat (SOEC) terdiri dari dua elektroda dan elektrolit yang semuanya berada dalam keadaan padat. Mereka sangat diinginkan sebagai kandidat baru untuk produksi hidrogen, karena mereka memerlukan tidak perlu mengisi elektrolit yang hilang, sekaligus menghilangkan masalah korosi. Selain itu, SOEC juga beroperasi pada suhu yang relatif tinggi (700-1000 ° C), yang membantu mengurangi konsumsi energi listrik.

Profesor Kim dan tim risetnya telah mencari cara untuk meningkatkan efisiensi energi produksi hidrogen, menggunakan SOEC. Dalam penelitian ini, tim peneliti telah menunjukkan konsep baru Hybrid-SOEC berdasarkan elektrolit ionik campuran, yang memungkinkan elektrolisis air terjadi pada elektroda hidrogen dan udara.

Elektrolit SOEC yang ada memungkinkan pengangkutan salah satu dari satu ion hidrogen atau oksigen ke elektroda lainnya. Untuk kasus seperti elektrolit SOEC yang mengangkut ion oksigen, elektrolisis air terjadi pada anoda dan ini menghasilkan produksi hidrogen. Sebaliknya, elektrolit SOEC yang mengangkut ion hidrogen menyebabkan elektrolisis air terjadi di katoda dan ini menghasilkan produksi oksigen. Di sini, hidrogen bergerak melalui elektrolit ke anoda.

Secara teoritis, dengan menggunakan elektrolit yang mengangkut ion hidrogen dan oksigen, memungkinkan produksi dua produk elektrolisis, hidrogen dan oksigen, pada kedua sisi sel. Hal ini dapat meningkatkan tingkat produksi hidrogen. Dalam penelitian ini, tim peneliti memperhatikan kontrol sifat elektrolit.

Dalam penelitian ini, Profesor Kim dan tim peneliti melaporkan temuan baru mereka dalam mengeksplorasi SOEC berdasarkan konduktor campuran yang dapat mengangkut ion oksigen dan proton pada saat yang bersamaan, yang dilambangkan dengan Hybrid-SOEC.

Dibandingkan dengan SOEC lainnya dan perangkat elektrolisis air yang representatif yang dilaporkan dalam literatur, sistem yang diusulkan menuntut lebih sedikit daya listrik untuk produksi hidrogen, sambil menunjukkan kinerja elektrokimia yang luar biasa dengan stabilitas. Selain itu, SOEC Hybrid tidak menunjukkan penurunan kinerja yang dapat diamati selama lebih dari 60 jam operasi terus-menerus, menyiratkan sistem yang kuat untuk produksi hidrogen.

“Dengan mengendalikan lingkungan penggerak elektrolit konduktif ion hidrogen, sebuah elektrolit konduktif ion campuran ‘di mana dua ion lolos dapat direalisasikan,” kata Junyoung Kim dalam program doktor Energi dan Teknik Kimia, penulis pertama penelitian ini. “Dalam Hybrid-SOEC dimana elektrolit ini pertama kali diperkenalkan, elektrolisis air terjadi pada kedua elektroda, yang menghasilkan peningkatan produksi hidrogen total secara signifikan.”

Perovskite berlapis dengan sifat elektrokimia yang sangat baik digunakan sebagai elektroda Hybrid-SOEC. Dengan menambahkan bahan elektroda yang sangat baik pada elektrolit ionik campuran, menghasilkan kinerja elektrokimia yang disempurnakan. Akibatnya, hasil hidrogen yang sesuai yang dihasilkan adalah 1,9 L per jam pada tegangan sel 1,5 V pada 700 ° C. Ini adalah efisiensi produksi hidrogen empat kali lebih tinggi daripada sel elektrolitik air berenergi tinggi yang ada.