Nederlandse vinding verlaagt gebruik edelmetalen voor groene waterstof

Het onderzoeksteam onder leiding van Marco Altomare heeft zijn bevindingen gepresenteerd in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Functional Materials van Wiley VCH.

Katalysatoren
Polymeer elektrolyt membraan (pem)-waterelektrolysers en brandstofcellen gebruiken katalysatoren van edelmetalen zoals platina en iridium om de productie en conversie van waterstof zo efficiënt mogelijk te maken.

Deze katalysatoren zijn echter duur en schaars en beperken dus de grootschalige ontwikkeling van waterstoftechnologieën. Daarom wil het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) tegen 2026 prestaties bereiken die ongeveer 5 tot 10 keer hoger zijn dan die van de huidige brandstofcellen, met minder dan 20 procent van de momenteel gebruikte hoeveelheid van deze metalen. Brandstofcellen gebruiken momenteel ongeveer 3 milligram per vierkante centimeter als totale lading van platina en iridium.

Geen prestatieverlies
Bij het bestuderen van platina als modelkatalysator combineerde het team van Dr. Marco Altomare, in samenwerking met partners uit het Duitse Erlangen en Italiaanse Pavia fysische dampdepositie (pvd) en gecontroleerde thermische behandelingen – bekend als solid-state dewetting – om zeer actieve en duurzame elektroden te maken met een minimale hoeveelheid edelmetaal.

‘Volgens onze voorlopige laboratoriumexperimenten kunnen we met onze aanpak de benodigde hoeveelheid kostbare katalysator mogelijk tot 5 keer verminderen’, vertelt Shreyas Harsha, de PhD-onderzoeker die de leiding heeft over het project. ‘En dat alles zonder verlies in de waterstofproductie.’

Chemicaliënvrij
‘Onze methode is volledig chemicaliënvrij, dus veiliger en zonder verspilling van kostbare katalysatorprecursor, en het is schaalbaar. In feite worden vergelijkbare dunnefilm- depositiemethoden al op grote schaal gebruikt in verschillende industriële toepassingen, en onze faciliteiten aan de Universiteit Twente zijn al geschikt om katalysatorlagen te coaten op oppervlakken tot een paar 100 vierkante centimeter’, voegt Marco Altomare toe.

Als volgende doel wil het team van Altomare in samenwerking met Nederlandse onderzoekscentra en bedrijven hun elektroden testen onder omstandigheden die relevant zijn voor de industrie. Dit om zo een efficiënte en stabiele werking van waterelektrolyse aan te tonen en te valideren met edelmetaalbelastingen van minder dan 0,5 milligram per vierkante centimeter.