NTvN - Duurzame elektrodes voor waterstofeconoomie
Zon en wind zullen de hoofdrol spelen in de transitie naar duurzame energiebronnen, maar in veel gevallen zijn deze niet beschikbaar op de plaats en het moment dat de energie gebruikt wordt. Het is dus cruciaal om elektriciteit op een efficiënte manier op te slaan. Voor opslag en transport zijn chemische bindingen zeer geschikt. Zowel in de opslag van elektriciteit, als in het omgekeerde proces, wordt gebruikgemaakt van elektrochemische reacties die plaatsvinden aan (metaal)elektroden.
Auteurs: Leon Jacobse, Marc Koper en Marcel Rost.
De meest voor de hand liggende reactie om elektriciteit op te slaan is de elektrolyse van water. In een elektrolyseapparaat worden hierbij waterstofgas en zuurstof gevormd. Het waterstof kan vervolgens zijn energie weer afgeven door te reageren met zuurstof uit de atmosfeer. Deze reactie vindt elektrochemisch plaats op het oppervlak van (metaal)elektroden, bijvoorbeeld in een auto met een brandstofcel. Het proces vormt een gesloten kringloop en levert dus geen bijdrage aan de opwarming van de aarde. Ideaal, zou je zeggen! Toch wordt deze techniek nog niet op grote schaal toegepast. Een van de belangrijkste redenen hiervoor is het gebrek aan langdurige stabiliteit van de oppervlakken van de elektroden. Om de reacties efficiënt plaats te laten vinden, moet de elektrode als katalysator werken. Zo worden reactiebarrières verlaagd en omdat een ideale katalysator zelf niet wegreageert, hebben deze elektroden een lange levensduur. Platina is voor dit systeem een uitermate geschikt katalysatormateriaal: voor de elektrode waar waterstofgas gevormd of geoxideerd wordt (lage potentiaal), is zelfs theoretisch aangetoond dat platina zich als een ideale katalysator gedraagt. Helaas is platina ook zeer kostbaar. Daarnaast blijkt dat zelfs dít edelmetaal na verloop van tijd degradeert, met name aan de elektrode waar zuurstof gevormd of gereduceerd wordt (hoge potentiaal). Dit gebeurt tijdens het aan- en uitschakelen van de elektrolyse- of brandstofcel. Als we het degradatieproces beter zouden begrijpen, bestaat wellicht de mogelijkheid het te remmen. Dit zou uiteindelijk deze duurzame technologie een grote stimulans geven.