Представлен образец электролизатора, устойчивого к негативному влиянию солей морской воды, обеспечивающего эффективное выделение водорода и лития.
Водород считается одним из самых перспективныхВиды топлива будущего — водород, сжигание которого не приводит к выделению парниковых газов в атмосферу. Однако «чистый» водород получают электролизом воды, разлагая ее молекулы под действием электричества. Этот процесс уже далеко не столь удобен: для него требуется пресная вода, запасы которой ограничены. Опреснение морской воды потребует слишком больших затрат энергии.
Некоторые электролизёры способны функционировать с морской водой. Однако высокая концентрация соли в ней при распаде на ионы приводит к образованию хлорида, вызывающего быстрое разрушение анода, нуждающегося в постоянной замене. Разработчики из Нанкинского технического университета нашли решение этой проблемы. Созданный электролизер способен работать с морской водой почти полгода без перерыва, выделяя водород и литий — элемент, обладающий высокой востребованностью в настоящее время. Статья китайских ученых опубликована в журнале Nature.
Главное изменение в конструкции — изоляция, разделяющая соленую воду от электролизного процесса. Анод и катод, где выделяются водород и кислород, разделены мембраной, погружены в электролит (раствор гидроксида калия) и окружены тонким слоем изолятора из тефлона. Поры в изоляторе слишком малы для прохождения жидкости, но пропускают отдельные молекулы водяного пара. В процессе работы концентрация электролита увеличивается, заставляя воду стремиться сквозь мембраны внутрь. Это обеспечивает постоянный приток чистой воды, оставляя соли снаружи системы.
Создатели разработали прототип из одиннадцати таких ячеек и протестировали его с морской водой. Прибор функционировал без сбоев и деградации электродов и мембран в течение 3200 часов (133 суток), вырабатывая за это время около 386 литров водорода (31,7 грамма). Расчёт показывает, что для производства кубометра топлива система потребляет пять киловатт-часов энергии, а поскольку в одном кубометре водорода содержится 3,54 киловатт-часа, эффективность составляет 71%.
Эффективность работы этого прототипа ниже, чем у большинства современных коммерческих электролизеров, однако его можно оптимизировать. Разработчики отмечают возможность извлечения лития из морской воды с помощью подобных устройств. Ученые показали, что работа электролизера постепенно повышает концентрацию ионов лития более чем в 40 раз за несколько сотен часов, что позволяет получить кристаллы карбоната лития.