Alkalisk vattenelektrolys har utpekats som en väg att etablera en väteekonomi genom att omvandla intermittent förnybar energi till ren vätebaserad kemisk energi.

Dock, nuvarande teknik har endast uppnått låga strömtätheter och spänningseffektiviteter.

För att göra elektrolys mer påhittig, ett team från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) samarbetade med University of California, Santa Cruz och två andra institutioner för att utveckla en 3-D-tryckt elektrod som minskar problemen som uppstår med gasbubblor som genereras i processen.

En nyckel för att få elektrolys att uppnå högre strömtäthet beror på de gasbubblor som skapas i processen. Bubblorna blandas ofta, sylta och bli instängd, gör det svårt för dem att fly.

"Den här nya elektroden gör sig av med gasbubblorna snabbare. Du vill inte att bubblorna ska fastna i materialet, du vill kunna dra ut dem så snabbt som möjligt och använda dem som bränslekälla, " sa LLNL materialforskare Cheng Zhu, den ledande LLNL-författaren till en artikel som förekommer i Avancerade energimaterial .

Den unika 3-D-printade arkitekturen hos den nya elektroden undertryckte gasbubblans sammansmältning, fastnar och fångar, och resulterade i snabb bubbelfrisättning. Teamet fann att strömdensiteten var 50 gånger bättre än laboratoriestandarden.

Teamet använde också simuleringar för att ta reda på hur gasen bildas, hur den rymmer och i vilken takt den rymmer. Eftersom du inte kan se denna process inuti en elektrod, simuleringarna var kritiska i designen.

"Modelleringen hjälpte oss att ta reda på den grundläggande vetenskapen om de fenomen vi såg hända, " sa Rongpei Shi, LLNL-materialforskaren som genomförde simuleringarna. "Elektroderna är inte genomskinliga så du kan inte titta in där och se vad som händer. Den kontrollerade plattformen och modelleringen är ganska oöverträffad för att ta reda på fysiken som pågår inuti elektroden."

Arbetet demonstrerar ett nytt tillvägagångssätt för design av 3-D-elektroder för att möjliggöra snabb bubbeltransport och frigöring för att förbättra den totala elektrodens katalytiska aktivitet vid kommersiellt relevanta strömtätheter.

"Det har gjorts mycket arbete på materialänden av elektrolys, letar efter elektrodkatalysatormaterial. Vad detta team visade är att den faktiska arkitekturen hos komponenterna spelar lika stor roll, speciellt vid höga produktionshastigheter, " sa Brandon Wood, LLNL:s associerade programledare för väte och beräkningsenergimaterial i Materials Science Division och en medförfattare till uppsatsen.