09 V 미만의 실시간 바카라 전압에서 물에서 수소를 생산하는 방법을 보여줍니다

최고 연구원 Mitsuishi Yugo, Sayama Kazuhiro, 인공 광합성 연구 팀, 국립 고급 산업 과학 및 기술 연구소 (이하 "AIST"), 고급 산업 과학 및 기술 연구소 (이하는 "AST"로 언급 될 수있는 잠재력을 가지고있는)광촉매-우리는 실시간 바카라 하이브리드 시스템을위한 분포 장치를 개발했으며, 수소와 산소가 09V 미만의 실시간 바카라 전압에서 별도로 생산 될 수 있음을 보여 주었다 또한이 장치에는 사용되었습니다텅스텐 산화물 (WO₃)-기반 광 촉매의 성능이 확인되었습니다 10,000 시간 이상의 광 조사 실험 후에도 거의 유지되었습니다

이 결과는 2024 년 10 월 25 일에 있습니다ACS 응용 재료 및 인터페이스"

화상을 입었을 때도₂를 방출하지 않는 실시간 바카라는 주요 탄소 중립 기술로 광범위한 필드에서 사용될 것으로 예상됩니다 실시간 바카라는 제조 방법에 따라 색상 코딩되지만 태양과 바람과 같은 재생 에너지로 생산되는 녹색 실시간 바카라는 탈탄 화에 큰 기여를 할 것으로 예상됩니다 그러나 높은 전력 비용으로 인해 주로 전기 분해로 생산되는 녹색 실시간 바카라는 다른 방법보다 제조 비용이 더 비쌉니다

AIST는 녹색 수소의 생산 비용을 줄이기 위해 후보 기술로서 "광촉매-실시간 바카라질 하이브리드 시스템을 사용한 물 분해 방법"을 연구하고 있습니다 이 기술은 물을 산소로 산화시키는 반면 Fe³⁺fe Ion²⁺광촉매 반응은 이온 및 Fe로의 감소²⁺fe Ion³⁺실시간 바카라 반응을 결합하여 물을 이온으로 산화시키는 동안 수소로 물을 줄이고 물 분해가 진행되어 수소와 산소가 전체 반응으로 별도로 생성 될 수 있습니다 이전 단계에서 광촉매 반응에서, 광 에너지는 수성 철 염 용액에서 화학 에너지로 저장된다 전기 분해의 후기 단계에서, 저장된 화학 에너지는 수소 생산을위한 에너지로 사용될 수 있으므로, 필요한 전기 분해 전압은 정상적인 물 분해에 필요한 값보다 작다 (123 V) 결과적으로, 수소 생산에 필요한 전기의 양을 줄이는 특징이 있습니다 Aist는 이전에 가시적 인 가벼운 반응 형 WO를 가지고 있다고 발표했습니다₃우리는 광촉매의 반응 속도를 향상시킬 수있는 표면 처리 방법을 개발했으며, 이전 단계에서 광촉매 반응의 효율을 10 배 이상 향상시켰다 (Aisotech Press 발표 2010 년 3 월 11 일) 그러나, 광촉매 반응은 광촉매 분말이 현탁되는 반응 용액에 빛을 조사함으로써 평가되고, Fe²⁺나는 이온을 효율적으로 소비하고 저전압에서 수소를 생성하는 전체 시스템에 대해 전혀 몰랐습니다 이번에는 광촉매-실시간 바카라질 하이브리드 시스템을 사용하여 물 분해 방법의 장점을 활용할 수있는 분포 형 전체 시스템을 개발함으로써, 우리는 광 촉매의 반응 효율에 해당하는 양으로 수소를 효율적으로 제조 할 수 있음을 보여 주었다

이 연구는 NEDO (National Research and Development Corporation New Energy and Industrial Andinding Development Organization)의 계약 작업의 결과입니다 (P16002 "탄소 재활용 및 차세대 열 전력 생성 기술 개발"(2020-2024))

광촉매-실시간 바카라 하이브리드를 사용하여 물 분해에 사용되는 실시간 바카라 세포는 일반적으로 정상적인 물 분해에 사용됩니다PEM Cell선택되었습니다 또한, 광촉매 반응에 더 많은 햇빛을 포함시키기 위해, 영역을 쉽게 증가시킬 수있는 반응기를 사용하는 것이 효과적이다 또한, Fe²⁺이온은 실시간 바카라 세포에 효율적으로 공급되어야하므로, 우리는 시트에 광촉매 분말을 고정시키고 용액 만 순환하는 유량 형 반응기를 개발했습니다 그림 1은 (a) 이번에 개발 된 광촉매 시트를 함유하는 광촉매 반응 용기의 외부 사진 및 상세한 구조를 보여줍니다 이 작은 분포 장치의 PEM 세포에 09V의 전압을 적용하는 동안 광촉매 반응 용기가 시작되었을 때, 수소 생성으로부터 유래 된 전류가 관찰되었다

다음, 앞에서 언급 한 광촉매 시트는 약 13 배 (25 cm) 더 커졌습니다²⇒ 330 cm²) 및 실시간 바카라 및 산소 가스는 물 교체에 의해 수집되었다 여기서, 먼저, 광촉매 시트에 빛만이 적용되고 광촉매 반응의 속도가 Fe로 설정된다²⁺이온 생성 속도로 평가 결과적으로, Fe²⁺이온이 효율적으로 생성되었고, 상응하는 화학량 론적 양의 산소 가스가 생성되었다 이때, 광 에너지의 화학 에너지로의 전환 효율은 031%였으며, 이는 서스펜션의 종래의 평가와 비슷했다 다음으로, 광 조사가 중지되었고 실시간 바카라 반응이 200 Ma의 일정한 전류 모드에서 수행되었고, 전류는 09V보다 낮은 가해진 전압에서 흐르기 시작했으며, 화학량 론적 양의 수소가 소비 된 전기의 양에 따라 수집 될 수있다 이러한 방식으로, 광촉매 반응 및 실시간 바카라 반응이 별도로 구동 되더라도, 높은 광촉매 성능이 유지되었고, 전력 소비를 줄임으로써 수소가 생성 될 수있다 광촉매 반응에서 철 염용성 용액에 저장된 화학 에너지는 약 2 개월 동안 대기에 방치 된 후에도 감소하지 않는 것으로 확인되었다 따라서 수요를 충족시키기 위해 수소 생성의 시간 이동을 수용 할 수 있습니다

그림 3은 광촉매의 장기 내구성 테스트 결과를 보여줍니다 도 3 (a)에 도시 된 바와 같이, 10,000 µmol의 Fe³⁺Pseudo-sunlight는 이온을 함유하는 수성 철 염 용액에 침전 된 광촉매에 조사되었다 결과적으로, 240 시간의 빛 조사 후, FE³⁺이온의 약 80%가 fe²⁺이온으로 변환 이 fe²⁺촉매는 이온 생산량에 따라 재사용되었고 동일한 광촉매 반응이 다시 평가되었다 42주기 후에 Fe²⁺비교 이온 생산 결과는 그림 3 (b)에 나와 있지만 총 10,080 시간의 광 조사 실험, FE²⁺이온 생산이 유지되었고 악화는 관찰되지 않았다 이 총 조사량은 일본에서 약 7 년간의 야외 햇빛 조사에 해당합니다

그림 4는 햇빛을 사용한 실제 실외 실험의 평가 결과를 보여줍니다 이 현장 시험에서, 전기 분해 및 광촉매 반응이 동시에 구동되었다 결과적으로, 실시간 바카라 생성의 현재 값은 시험 당일 태양 복사의 변화에 따라 관찰되었다 (도 4 (a)) (그림 4 (b)) 생성 된 실시간 바카라의 양은 전류의 양으로부터 추정 된 이론적 양과 좋은 상관 관계를 갖는 것으로 확인되었으며 (그림 4 (c)), 거의 모든 입력 전력을 사용하여 실시간 바카라를 생성했습니다 변동하는 양의 빛을 갖는 실제 햇빛이 사용 되더라도 조사 된 빛의 양에 따라 이론적 인 양의 실시간 바카라가 생성된다는 것이 확인되었다

앞으로, 우리는 광촉매 성능을 향상시키는 것을 목표로하며, 장 파장 조명을 효과적으로 활용할 수있는 광촉매 반응을 계속 발전시킬 것입니다 또한이 방법에 대한 대규모 시연, 상세한 실시간 바카라 생산 비용 추정치를 수행하고 경제적으로 합리화 된 녹색 실시간 바카라 생산 기술을 실현하려는 노력을 구현할 것입니다

게시 :ACS 응용 재료 및 인터페이스
종이 제목 : 확장 가능한 물의 시연 H₂및 O₂매우 안정적인 광촉매를 사용한 유동성 광 촉매-전자 분해 하이브리드 시스템에 의한
저자 : Yugo Miseki, Michiko Tamano, Kenta Watanabe 및 Kazuhiro Sayama
doi :https : //doiorg/101021/acsami4c12781

광촉매

광촉매는 광 흡수에 의해 여기되고 산화 및 환원 반응을 유발하는 촉매 물질입니다 이기종 반도체 광촉매 및 균질 염료 광촉매가 있지만,이 프레젠테이션은 전자입니다 반도체 촉매는 전도 밴드 및 원자가 밴드가 금지 된 밴드에 의해 분리되는 전자 밴드 구조를 갖는다 밴드 갭보다 큰 에너지를 갖는 빛은 전도 밴드의 원자가 밴드에서 전자를 흥분시키고, 전도 밴드의 전자와 빈 쉘의 원자가 밴드의 구멍이 생성된다 전도 밴드에서 여기는 전자는 원자가 밴드의 전자보다 훨씬 강한 환원 전력을 가지며 다양한 환원 반응을 수행 할 수 있습니다 유사하게, 구멍은 또한 강한 산화 반응을 겪고있다 이 반응에서, 물은 구멍에 의해 산화되어 산소를 생성한다 한편, 전도 밴드에서 흥분된 전자는 FE³⁺FE 감소²⁺| 생성됩니다[참조로 돌아 가기]

텅스텐 산화물 (WO₃)-기반 광 촉매

텅스텐 산화물 (WO₃)는 황록색, 가시 광선 반응성 반도체입니다 그것은 준비 방법에 따라 다르지만 480 nm보다 짧은 파장으로 빛을 흡수 할 수 있습니다 환경 정제 사용 분야에서도 구리 및 팔라듐 코 캣alyst는 표면에서지지되며, 이는 높은 유기물 분해 성능을 보여줍니다 wo₃시스템 광촉매가 wo₃| 염화 세슘, 황산 및 철 이온을 사용하여 분말이 표면으로 변형되는 광촉매를 나타냅니다 이 표면 변형으로 WO₃시스템 광 촉매의 성능은 수정되지 않았다₃에 비해 10 배 이상 향상됩니다[참조로 돌아 가기]

PEM Cell (PEM Type Electrolytic Cell)

PEM은 중합체 실시간 바카라질 막을 나타냅니다 일반적으로 PEM 세포라고하며, 이는 주로 양이온 교환 가능한 고체 중합체 막을 사용하여 수질 전기 분해 반응의 진행을 포함하는 응용 분야에서 사용하는 데 사용됩니다 저항력이 낮고 전류 밀도가 높고 시작 및 정지 후에도 높은 내구성과 같은 다양한 장점이 있습니다[참조로 돌아 가기]