Więcej wodoru i lepsze ogniwa paliwowe: Nowe spojrzenie na podstawy

Kiedy cząsteczka wody uwalnia proton, staje się wodorotlenkiem. Taki proton lubi jednak zabierać ze sobą elektron. A proton wraz z elektronem to ostatecznie wodór, substancja uważana za ważny składnik niskoemisyjnej i przyjaznej dla środowiska produkcji energii.

Elektroliza wody, reakcja opisująca rozszczepienie wody na tlen i wodór, przyniosła teraz nowe odkrycia.

Zbadano szybkość reakcji, w której wymieniane są protony, a tym samym również elektrony. Procesy te są równie istotne dla wykorzystania zielonej energii elektrycznej do produkcji wodoru, jak i dla konwersji wodoru w energię elektryczną w ogniwach paliwowych.

Nawet baterie i akumulatory działają zasadniczo zgodnie z tą zasadą. Dodatnio (protony) i ujemnie (elektrony) naładowane cząstki są wymieniane, każda z nich koncentruje się po jednej stronie, tworząc w ten sposób potencjał lub różnicę napięcia. Przepływa prąd.

Wbrew oczekiwaniom, dwie cząsteczki powstałe z dwóch cząsteczek wody zachowują się zupełnie inaczej. Według badań przeprowadzonych na MIT, dodatnio naładowany hydronium i ujemny wodorotlenek w równowadze nie równoważą reakcji.

Zamiast tego, wymiana tam i z powrotem zachodzi w tym samym tempie, gdy pH roztworu wynosi 10. Oznacza to, że hydronium występuje milion razy częściej niż wodorotlenek. Tylko wtedy wymiana protonów i elektronów zachodzi zgodnie.

"Nasze odkrycie jest naprawdę otwierające oczy, ponieważ oznacza, że założenie, którego ludzie używają do analizy wszystkiego, od katalizy ogniw paliwowych po ewolucję wodoru, może być czymś, co musimy zrewidować", mówi Yogesh Surendranath, główny autor badania.

Istnieje więc duża szansa, że wiele podstawowych procesów wytwarzania energii wykorzystujących reakcje chemiczne w ogniwach paliwowych, bateriach lub akumulatorach zostanie w najbliższej przyszłości poddanych ekscytującym innowacjom.