Ich artykuł w tej sprawie trafił na łamy Nature Catalysis i opisuje, jak działa ta rewolucyjna metoda pozwalająca na ekstrakcję wodoru z wody. Kluczową rolę w poprawieniu uzyskiwanych wyników odegrały zmiany w trójwymiarowej strukturze katalizatora, co przełożyło się na zwiększenie jego stabilności i wydłużenie żywotności.
Czytaj też: Nadprzewodnik, jakiego świat jeszcze nie widział. Fizycy mają sposób, aby go kontrolować
W świecie wciąż w dużej mierze wykorzystującym paliwa kopalne trzeba szukać alternatywnych źródeł energii. Jednym z takowych jest wodór, którego wykorzystywanie nie prowadzi do powstawania szkodliwych dla środowiska związków. Wytwarzanie takiego paliwa nie jest jednak łatwe, a dotychczas stosowane metody zmagały się z problemami warunkującymi relatywnie wysokie koszty.
W świetle ostatnich postępów sytuacja może się poważnie zmienić. Członkowie zespołu badawczego postawili na wykorzystanie tzw. membran protonowymiennych, które napędzają rozszczepianie wody na tlen i wodór. Później ten ostatni trafia do magazynu i może być użyty na przykład do zasilania samochodu elektrycznego wyposażonego w ogniwo paliwowe PEM. Poważnym ograniczeniem tej technologii było jednak wdrożenie jej na przemysłową skalę.
Wodór mógłby być paliwem przyszłości, choć jego pozyskiwanie na dużą skalę wciąż wiąże się z pewnymi przeciwnościami
Teraz pojawiła się szansa na poprawę, ponieważ wykorzystany proces umożliwił elektrolizę kwaśnej wody bez udziału metali ziem rzadkich. Jaką drogą poszli japońscy naukowcy? Najpierw wprowadzili mangan do sieci tlenku kobaltu. Zachodzący proces nie był jednak wystarczająco stabilny, dlatego po dwóch latach nieco zmienili podejście i wykorzystali trwalszy katalizator o dużej zawartości metali ziem rzadkich.
Z tlenkiem manganu w składzie, ten nowy katalizator zapewnia ponad 40-krotnie wyższą stabilność reakcji. Wszystko to dzięki zmianie struktury sieci katalizatora. Tlen występuje w niej w dwóch konfiguracjach, czyli planarnej i piramidalnej. Pierwsza tworzy silniejsze wiązania z manganem, a zwiększenie ilości planarnego tlenu korzystnie rzutowało na stabilność.
Czytaj też: Wystarczyła odrobina miedzi. Naukowcy zamienili dwutlenek węgla w paliwo!
Później przyszła pora na przetestowanie różnych wariantów. W grę wchodziły cztery tlenki manganu odmienne pod względem zawartości tlenu planarnego. Ta, w której wskaźnik był najwyższy i wyniósł 94%, pozwalała na utrzymanie reakcji wydzielania tlenu przez miesiąc przy 1000 mA na centymetr kwadratowy. Odnotowano zarazem 100-krotny wzrost ilości przeniesionego ładunku względem poprzednich wysiłków.
Kiedy rozpoczęły się testy elektrolizera, całkowita ilość wyprodukowanego w ciągu sześciu tygodni wodoru była dziesięciokrotnie wyższa od dotychczasowych rezultatów. Oznacza to, że nie tylko doszło do wzrostu stabilności, ale także utrzymania bądź poprawy innych aspektów. I choć wciąż daleko do zastosowań na skalę przemysłową, to sami zainteresowani podkreślają, iż są na dobrej drodze, by tego dokonać.
