水の電気分解による水素製造技術

水素はクリーンなエネルギー源です。電気メッキされた鉄ニッケル合金製の電極を使用した水の電気分解は、技術的に実現可能な水素生成方法として実証されています。電気メッキされた鉄ニッケル合金は、水の電気分解の電極として使用されます。この方法は、低コストで高効率であるため、クリーン燃料、特に水素の大量生産に使用されることが期待されています。この技術では、貴金属コーティングを必要としない手頃な価格の多孔質金属材料を使用します。これにより、電解水によって生成された酸素の泡が急速に逃げることができるため、生産効率が向上します。

鉄ニッケル合金電極は、アルカリ電解液中で最も酸素生成効率の高い電極であることが報告されている。このプロセスでは、安価で製造が容易なニッケルと鉄を原料とする。これは、触媒や電極材料として貴重な希少金属を必要とする他の水電気分解技術とは対照的である。この電極は、豊富な細孔構造と高い比表面積を有し、そのOER触媒活性は、これまでに報告された多くのニッケルベースの触媒のそれを上回っている。多孔質鉄ニッケル合金電極の固有の触媒活性は、Fe含有量の影響を受けます。この活性は、Feモル分率が15％に達したときに最も高くなります。Ni0.85Fe0.15-180-3は、工業用水電気分解条件下で高い安定性を示し、250時間の動作後の性能は顕著な劣化を示しません。
電気分解では、電流によって水が水素と酸素に分解されます。効率が低く、電極酸素生成コストが高く、大量の電気を消費することが、水の電気分解が工業生産を実現するための主な技術的課題の 1 つです。

鉄ニッケル合金には、直径約 200 ミクロンの微細孔が多数あり、これは人間の髪の毛の直径の約 2 倍です。また、極薄ニッケル鉄合金コーティングにも、直径約 50 ナノメートルの微細孔が多数あります。コーティングと内部の両方に微細孔があるため、電極の表面積は広くなっています。これにより、電気分解中に発生した酸素が放出され、逃げやすくなります。酸素の気泡の逃げが不十分な場合、電極の使用頻度が低下することがよくあります。
水素を燃焼させると水のみが生成されるため、クリーンで効率的なエネルギー源となります。 それが大規模かつ低コストで生産できれば、世界の増大するエネルギー需要に応え、汚染を減らし、地球温暖化を抑制するのに役立つ可能性がある。
高活性で安定したニッケル合金電極の使用は、アルカリ水電解に有望です。 強力なガス発生下で形成される多段階多孔質構造電極の調製に成功したことは、他のガス発生電極の構造を最適化するための新しいアイデアも提供します。