Dankzij een nieuwe onderzoek zijn onderzoekers van de Universiteit Twente een stap dichterbij het begrijpen van het gedrag van micro- en nanobellen op elektrodes tijdens waterelektrolyse. Dit proces is cruciaal voor (groene) waterstofproductie. Deze minuscule belletjes vormen zich op de elektrodes, blokkeren daarmee de stroom van elektriciteit en verminderen de efficiëntie van de reactie.
Een economie met hernieuwbare waterstof vermindert de impact van de opwarming van de aarde in vergelijking met een economie met fossiele brandstoffen. Helaas maken bellen op de micro- en nanoschaal de productie van waterstof veel minder efficiënt. Daarom willen onderzoekers van de Universiteit Twente precies begrijpen hoe deze minuscule belletjes zich vormen op en hechten aan elektrodes. Uiteindelijk is het doel om er volledig vanaf te komen.
Voorspellen van bellen
Met behulp van geavanceerde moleculaire simulaties, ontwikkelden Detlef Lohse en zijn team een theorie die met succes de elektrische stroomdichtheid kan voorspellen die nodig is om de nanobellen ongecontroleerd te laten groeien en los te laten, Daardoor komt de elektrode vrij voor verdere waterstofproductie. Deze bevinding is cruciaal omdat hiermee het gedrag van de bellen kan worden voorspeld en gecontroleerd, waardoor elektrolyse met minimale verstoring kan doorgaan. Het onderzoek bouwt voort op een bestaande stabiliteitstheorie voor oppervlakte-nanobellen (het Lohse-Zhang-model) en breidt deze uit met de elektrolytische stroomdichtheid om het bellengedrag te voorspellen.
Met deze nieuwe kennis kunnen wetenschappers en ingenieurs werken aan het verbeteren van de loslaten van de bellen. Naast het verbeteren van de algehele efficiëntie van waterelektrolyse, is dit onderzoek ook nuttig voor andere systemen waar gasbellen worden gevormd, zoals in katalyse.
Meer informatie
Dit onderzoek werd uitgevoerd door Dr. Yixin Zhang (Physics of Fluids Group; Faculteit TNW) Dr. Xiaojue Zhu (Max Planck Institute for Solar System Research Göttingen Duitsland), Jeffery A. Wood (Membrane Science and Technology Cluster; MESA+ Institute for Nanotechnology) en Detlef Lohse (Physics of Fluids Group). Zij publiceerden hun werk onlangs in een artikel, getiteld 'Threshold Current Density for Diffusion-controlled Stability of Surface Electrolytic Nanobubbles', in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS (Proceeding of the National Academy of Science).
