Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

Revolutionizing Green Hydrogen Production with Next Generation PEM Water Electrolyser Electrodes

Alternativ tittel: Grønn hydrogenproduksjon med neste generasjon av PEM vannelektrolyse

Tildelt: kr 11,9 mill.

Et stadig større forbruk av fossile energikilder som olje, kull og gass har ført til økende klimautfordringer i verden. Alle land er enige i at god tilgang til billig og ren energi er avgjørende for utviklingen av en bærekraftig verden. Ren energi er energi som er laget av fornybare energikilder som sol, vind og vannkraft. Fornybar energi er ikke alltid tilgjengelig på steder hvor energien trengs eller når man trenger den. Energien må derfor kunne lagres og transporteres. En måte å lagre og transportere fornybar energi på er ved å omdanne energien til hydrogen. Hydrogen har et høyt energiinnhold og kan lages ved å bruke den fornybare energien til å splitte vann til hydrogengass og oksygengass. En slik prosess kalles vannelektrolyse, hvor elektrisk strøm påtrykkes mellom to elektroder i kontakt med vann. En utfordring med fornybare energikilder som sol og vind er at mengden energi som er tilgjengelig er varierende. PEM vannelektrolyse er en teknologi som er godt egnet til å omdanne variabel fornybar energi til hydrogen. Den består av en fast polymermembran belagt med katalysatorer på begge sider og klemt mellom to elektroder. De mest effektive katalysatorene i PEM vannelektrolyse er basert på sjeldne og dyre grunnstoff. Faktisk er det årlige behovet for ett av disse grunnstoffene allerede større enn den globale produksjonen. Det er derfor avgjørende å redusere mengden sjeldne katalysatorer som brukes for å unngå at det blir en flaskehals mot videre bruk av denne grønne teknologien. I prosjektet HOPE samarbeider SINTEF og NTNU om å utvikle den neste generasjonen av PEM vannelektrolysører. Alternative katalysatorer må utvikles og utnyttes mer effektivt, grenseflaten mellom katalysatoren, elektroden og membranen må forbedres og driften av vannelektrolysøren må gi høyere ytelse og lengre levetid. Målet er at HOPE-prosjektet skal gi oss ny kunnskap som gjør oss i stand til å utnytte fornybar energi mer effektivt gjennom grønn hydrogenproduksjon i PEM vannelektrolyse.

Efficient water electrolysis is a requirement for implementation of green hydrogen as a renewable energy carrier. Proton Exchange Membrane Water Electrolysers (PEMWE) is well suited to be coupled with intermittent power sources such as wind and solar, and offers many advantages compared to the traditional alkaline technology. However, for efficient oxygen evolution reaction in the acidic and oxidizing environment at the anode, scarce and expensive Ir-based catalyst is the current industry standard. Limited conductivity within the catalytic layer (CL), degradation of the catalyst and deterioration of the interfaces between the porous transport layer (PTL), CL and the membrane lead to poor electrolyser performance over time. A fairly high loading of Ir-based catalyst is therefore needed in conventional systems to obtain an appreciable lifetime. The extensive use of Ir is a contributing factor to the high capital cost of PEMWE and places a limitation for the upscaling of the total capacity of installed PEMWE. For GW water electrolysis installation there is a desire to reach Ir-loadings of 50 mgIr kW-1 or less. Improved catalyst utilization, alternative catalyst materials, optimized electrode architecture and stability of the CL interfaces, and optimized PEMWE operation that maximizes performance and durability are all key aspects to lower Ir-loading in PEMWE systems and are almost exclusively investigated separately. This project will pursue all these aspects, but most importantly, we will combine them using state-of-the-art manufacturing and synthesis procedures, electrochemical modelling and novel PEMWE operation procedures. This project will arrive at a new standard for iridium utilization in PEMWE systems. The project will employ a PhD student at NTNU that will be trained in electrochemistry, fabrication and characterization of PEMWE electrodes and electrochemical modelling for optimizing electrode design and PEMWE operation.

Aktivitet:

ENERGIX-Stort program energi