VERRE pour des réactions de dégagement de gaz efficaces et stables. L’illustration schématique montre a) l’effet néfaste des bulles de gaz adsorbées sur les performances et la stabilité des électrodes pour les réactions de dégagement de gaz et b) le mécanisme sous-jacent du VERRE pour améliorer leur efficacité et leur stabilité en abordant ces effets extrinsèques. Fa et Fs représentent respectivement les forces d’adhésion et de cisaillement. Crédit: Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202308827
Une équipe de chercheurs de l’UNIST a réalisé une percée remarquable dans la production de matières premières gazeuses propres, en particulier d’hydrogène vert. En développant une technologie de couche mince d’hydrogel, l’équipe a ouvert la voie à une révolution dans les électrodes de production de gaz, améliorant considérablement l’efficacité de la production et accélérant la commercialisation de la production d’hydrogène vert.
Sous la direction du professeur Jungki Ryu et du professeur Dong Woog Lee de l’École de génie énergétique et chimique de l’UNIST, l’équipe de recherche a réussi à créer une technologie de couche mince d’hydrogel de grande surface qui peut être universellement appliquée aux électrodes dégageant des gaz. En tirant parti de l’application d’un film mince d’hydrogel, semblable à ceux que l’on trouve couramment dans les cosmétiques, les chercheurs ont réalisé des progrès remarquables dans l’amélioration de l’efficacité de la production de matières premières gazeuses générées par des réactions électrochimiques.
Cette technologie de pointe facilite la libération transparente des matières premières gazeuses, atténuant ainsi l’accumulation à la surface de l’électrode, qui constitue depuis longtemps un défi important dans les réactions de dégagement de gaz. L’article est publié dans la revue Matériaux fonctionnels avancés.
Lors de réactions électrochimiques, telles que l’électrolyse de l’eau, des gaz comme l’hydrogène, l’oxygène et l’azote sont produits. Cependant, ces gaz sont souvent piégés sous forme de bulles d’air à la surface de l’électrode, empêchant la perméation de l’électrolyte et diminuant l’efficacité globale.
Pour surmonter ce problème critique, l’équipe de recherche a ingénieusement recouvert la surface de l’électrode d’une couche d’hydrogel présentant des structures poreuses, permettant ainsi un échange gazeux efficace et l’élimination rapide des bulles de gaz. L’hydrogel utilisé dans cette étude est un matériau facilement disponible et hautement hydrophile, couramment utilisé dans les cosmétiques, les pommades et les couches.
Morphologie et aérophobie des électrodes gélifiées. a) Schéma expérimental pour la fabrication d’électrodes recouvertes d’hydrogel de PAH. b) Image SEM vue de dessus de l’électrode de platine recouverte de gel. c) Images de cartographie élémentaire d’électrodes de platine recouvertes de gel : jaune pour C et bleu pour Pt. d) Spectre FT-IR de l’électrode de platine recouverte de gel. e) Angles de contact avec l’air statique des électrodes de Ni et de Pt avant et après revêtement avec des hydrogels PAH à 1 400 tr/min. f) Photographie de la fabrication à grande échelle d’une électrode de platine recouverte de gel (100 cm2). g – i) Le revêtement uniforme d’hydrogels de HAP anti-bulles sur une grande surface a été confirmé par (g, h) SEM et (i) mesure de l’angle de contact statique. Le SEM et les angles de contact ont été mesurés à plusieurs endroits, comme indiqué en (f). Crédit: Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202308827
L’application du système d’électrodes recouvertes d’hydrogel a donné des résultats remarquables. En éliminant rapidement les bulles de gaz à travers le revêtement d’hydrogel hydrophile, les électrolytes pourraient pénétrer rapidement dans l’électrode, améliorant ainsi l’efficacité. Le système a atteint une augmentation impressionnante de l’efficacité de la production de gaz, jusqu’à 2,3 fois lorsqu’il est mis en œuvre avec des catalyseurs au nickel et au platine, marquant une avancée significative de 65,7 mA/cm² à 151,5 mA/cm².
De plus, la prévention de l’accumulation de gaz sur la surface de l’électrode atténue les contraintes exercées sur le catalyseur, réduisant ainsi le risque d’agglutination ou de pelage et garantissant la stabilité à long terme du système électrolytique. Cette technologie possède le potentiel de révolutionner les réactions électrochimiques de génération de gaz, notamment dans l’électrolyse de l’eau, apportant ainsi une contribution substantielle à la commercialisation de l’hydrogène vert.
Stabilité des électrodes de platine vierges et recouvertes de gel pour HER. a) Chronopotentiogrammes des électrodes de platine vierges et recouvertes de gel à −150 et −200 mA cm−2 pendant 20h. Les images en médaillon montrent les angles de contact avec l’air des électrodes recouvertes de gel avant et après l’analyse CP pendant 20 h. Le graphique en médaillon montre une durabilité prolongée pendant 10 jours. b) Images MEB des électrodes correspondantes avant et après les tests de stabilité pendant 20 h. c) Distribution de taille des nanoparticules de Pt avant et après les tests de stabilité pour HER. d) Teneur en Pt dans les électrolytes avant et après le test de stabilité à −150 mA cm-2. Crédit: Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202308827
“Cette technologie basée sur l’hydrogel représente une approche créative pour améliorer considérablement l’efficacité des réactions électrochimiques de génération de gaz”, a noté le professeur Ryu. “En appliquant de l’hydrogel, un matériau couramment utilisé dans les produits du quotidien tels que les bandes humides, les cosmétiques et les couches, aux électrodes, nous pouvons faire progresser les réactions d’électrolyse de l’eau et accélérer la commercialisation de l’hydrogène vert.”
Plus d’information:
Yunseok Kang et al, Système de surface aérophobe de type gel (GLASS) polyvalent, stable et évolutif pour la production d’hydrogène, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202308827
Fourni par l’Institut national des sciences et technologies d’Ulsan
Citation: La technologie hydrogel augmente l’efficacité et la stabilité des réactions de dégagement de gaz (27 octobre 2023) récupéré le 27 octobre 2023 sur
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