TU Wien’den Hidrojen Üretim Sistemleri İçin Platin Tüketimini %88 Azaltan Kaplama Buluşu.

Austria’nın TU Wien üniversitesinde çalışan araştırmacılar, hidroken üretiminde kullanılan bileşenleri koruyan çok daha ince bir platin kaplamanın, bu koruyucu katmanlar için gereken değerli metal miktarını yaklaşık %88 oranında azaltabileceğini buldu.

Araştırmacıların incelediği deneyler, proton değişir membranı (PEM) su elektrolizinde kullanılan platinkaplı titanium bipolar plakaları kapsadı. Çalışılan koşullarda, yalnızca 24 nanometre kalınlığında bir kaplama, kimyasal gerilim altında büyük ölçüde bütünlüğünü korudu ve iyi elektriksel iletkenliğini sürdürdü; sekiz nanometrelik katman ise açık problemler gösterdi.

Bulgular, ekipman maliyetlerini düşürmeye yönelik bir yol işaret ediyor. Ancak araştırmacılar, en uygun kalınlığın kaplamanın üretim biçimi ve yüzeyi ne kadar düzgün örtmesi gibi faktörlere bağlı olduğunu vurgulayarak bu bulguları kesin bir sonuç olarak sunmadılar.

Hidrogen ekipmanları neden platine muhtaç?

Su elektrolizi, elektriği kullanarak suyu hidrojen ve oksijene ayırır. Elektrotlardan birinde oksijen, pozitif yüklü hidrojen iyonları (protonlar) ve elektronlar oluşur. Protonlar membran üzerinden ikinci elektrota geçer ve orada elektronlarla birleşerek hidrojeni oluşturur. Bu ortamda ekipmanın çalışır durumda tutulması, temel tepkimenin ötesinde karmaşıktır.

Elektroliz, birçok metalik bileşeni zarar veren kimyasal bir ortam yaratır. Metaller çözünebilirken, aynı anda oksit katmanları oluşabilir ve bunlar elektrik akımının akışını engelleyebilir. Sistem uzun süre çalışıyorsa, farklı bileşenlerin birbirleriyle dikkatlice uyumlu olması gerekir. Bipolar plakalar burada özellikle önemli bir rol oynar ve toplam sistem maliyetinin %30’una kadarını oluşturur.

Bu plakalar ekipmanı mekanik olarak destekler, elektrik iletir ve su ile gazların taşınmasına yardımcı olur. Titanium korozyona iyi dirense de, yüzeyinde oluşan oksit katmanları elektrik akımını engeller. İnce bir platinkaplama ise elektriği iltirken altındaki titanium’u koruyarak bu sorunu çözer.

İnce kaplamanın testi geçirmesi

TU Wien ekibi, bu koruyucu katmanın ne kadar kalın olması gerektiğini sistematik olarak inceledi. 24 nanometrelik kaplama, test edilen koşullarda yeterli bulundu; sekiz nanometrelik katman ise açık problemler gösterdi.

Sanayide şu anda kullanılan 200 nanometrelik kaplamaya kıyasla başarılı ince katman, koruyucu kaplama için platin tüketiminde yaklaşık %88’lik potansiyel bir azalma temsil ediyor.

Araştırmacılar, kaplamanın yalnızca ilk performansını değerlendirmek yerine kimyasal gerilim altındaki dayanıklılığını da inceledi. Kaplamaları yüksek çözünürlüklü yöntemlerle kimyasal gerilimden önce ve sonra analiz ettiler. Bu süreçte özellikle önemli olan sorulardan biri, kaplamada mikroskobik kusurların gelişip gelişmediği oldu.

Platin katmanındaki bir kusur, altındaki titanium’u saldıma maruz bırakır. Titanium oksitlenir ve arayüzde küçük oksijen kabarcıkları oluşarak katmanı daha da zarar veren mekanik gerilmeler yaratır. Daha büyük kesimler ayrıştıkça daha çok titanium açıkta kalır ve hasar hızlanır. Sekiz nanometrelik kaplama, bu sürecin açık işaretlerini gösterdi: Kimyasal gerilimden sonra araştırmacılar daha büyük kusurlar gözlemledi ve elektrolite giren önemli ölçüde daha fazla titanyum ve platiniyon buldular.

24 nanometrelik kaplama ise çalışılan koşullarda büyük ölçüde bütünlüğünü korudu, iyi iletkenliği sürdürdü ve metal iyon salımını çok düşük düzeyde tuttu.