纳米材料有助于储存太阳能高效且廉价

如果太阳能和风能有助于满足增加的能源需求，则需要有效的存储技术。一种重要的方法是使用太阳能或风能从水中提取的氢气形式的储存。该过程在所谓的电解槽中进行。由于Paul Scherrer Institute PSI和Empa的研究人员开发的新材料，这些设备将来可能会变得更便宜，更高效。所讨论的材料起催化剂的作用，加速水分子的分裂：氢气生产的第一步。研究人员还表明，这种新材料可以大量可靠地生产，并在技术电解槽(电解槽的主要部件)中展示其性能。自然材料。

由于太阳能和风能并不总是可用的，一旦开发出可靠的存储方法，它将仅对满足能量需求作出重大贡献。解决该问题的一种有希望的方法是以氢的形式储存。该过程需要电解槽，其使用由太阳能或风能产生的电力将水分解成氢气和氧气。氢用作能量载体。它可以储存在储罐中，然后在燃料电池的帮助下转化为电能。该过程可以在需要能量的地方(例如家庭住宅或燃料电池车辆)在当地进行，使得能够在不排放CO 2的情况下进行移动。

价格低廉，效率高

Paul Scherrer Institute PSI的研究人员现已开发出一种新材料，可作为电解槽内的催化剂，从而加速水分子的分裂：氢气生产的第一步。“目前市场上有两种类型的电解槽：一种是高效但昂贵的，因为它的催化剂含有贵金属，如铱。其他的更便宜但效率更低，”Paul Scherrer研究所研究员Emiliana Fabbri解释道。“我们希望开发一种高效但价格低廉的催化剂，不使用贵金属。”

探索这一过程，研究人员能够使用已经开发的材料：钡，锶，钴，铁和氧元素的复杂化合物 - 一种所谓的钙钛矿。但他们是第一个开发出能够以微小纳米粒子形式生产的技术。这是其有效运行所需的形式，因为催化剂需要大的表面积，许多反应中心能够加速电化学反应。一旦将单个催化剂颗粒制成尽可能小，它们各自的表面结合在一起就形成了更大的总表面积。

研究人员使用一种所谓的火焰喷涂装置来生产这种纳米粉末：一种由Empa操作的装置，它将材料的组成部分通过火焰进行合并，一旦离开火焰就迅速固化成小颗粒。“我们必须找到一种操作设备的方法，可靠地保证了正确结构中各种元素原子的固化，”Fabbri强调说。“我们还能够在必要时改变氧含量，从而能够生产不同的材料变体。”

成功的现场测试

研究人员能够证明这些程序不仅可以在实验室中使用，也可以在实践中使用。该生产方法提供大量的催化剂粉末，并且可以容易地用于工业用途。“我们急于测试催化剂在野外条件。当然，我们有能力审查材料，但它的价值最终取决于其是否适合对于在商业电解槽使用的工业电解槽在PSI测试设备，”法布里说。研究人员与的电解槽制造商合作测试了该催化剂，并且能够证明该装置使用新的PSI生产的钙钛矿比使用传统的氧化铱催化剂更可靠。

以毫秒为单位进行检查

研究人员还能够进行精确的实验，提供有关新材料活动时发生情况的准确信息。这包括在PSI的Swiss Light Source SLS上用X射线研究材料。该设施为研究人员提供了一个独特的测量站，能够在200毫秒的连续时间内分析材料的状况。“这使我们能够监测催化反应过程中催化剂的变化：我们可以观察到电子特性或原子排列的变化，”Fabbri说。在其他设施中，每次测量大约需要15分钟，最多只能提供平均图像。“ 这些测量还显示了粒子表面的结构在活动时如何变化 - 材料的一部分变为无定形，这意味着各个区域中的原子不再均匀排列。出乎意料的是，这使材料成为更好的催化剂。

在ESI平台中使用

致力于为瑞士能源未来开发技术解决方案是PSI开展的研究的一个重要方面。为此，PSI将其ESI(能源系统集成)实验平台提供给研究和工业，使有前途的解决方案能够在各种复杂的环境中进行测试。新催化剂为新一代水电解槽的开发提供了重要基础。

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