طور فريق من العلماء في أليكانتي محفزًا مطبوعًا بتقنية ثلاثية الأبعاد يعمل على تحسين التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين الأخضر. يعتمد هذا التقدم على هيكل ثلاثي الأبعاد من النيكل يزيد من المساحة السطحية النشطة للمادة. من خلال زيادة مساحة التلامس بين المحفز والماء، تتسارع التفاعلات الكيميائية، مما يقلل من استهلاك الطاقة اللازم لفصل الأكسجين عن الهيدروجين. تتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء أشكال هندسية معقدة يستحيل تحقيقها بالطرق التقليدية.
بنية مجهرية مسامية وكفاءة تحفيزية في التحليل الكهربائي 🔬
يكمن مفتاح المحفز الجديد في هندسته المسامية. بينما يوفر سطح النيكل المسطح مساحة تفاعل محدودة، يولد الهيكل المطبوع ثلاثي الأبعاد شبكة من القنوات المترابطة. وهذا يزيد بشكل كبير من المواقع النشطة التي يحدث فيها تفاعل تطور الأكسجين (OER). في محاكاة جزيئية، يُلاحظ كيف تخترق جزيئات الماء المسام، مما يعظم التلامس مع المعدن. والنتيجة هي تحسن كبير في كفاءة التحليل الكهربائي، مما يقلل الجهد اللازم وبالتالي التكلفة الطاقية للعملية.
آثار على التصنيع الإضافي للمواد الطاقية ⚙️
يثبت هذا الإنجاز أن الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست مجرد أداة للنمذجة الأولية، بل هي طريق قابل للتطبيق للإنتاج الصناعي لمكونات الطاقة النظيفة. تتيح القدرة على تخصيص هندسة المحفز تكييفه مع ظروف تشغيل مختلفة، من محطات الهيدروجين إلى المحللات الكهربائية في المركبات. وهكذا تضع إسبانيا نفسها في طليعة علم المواد، حيث يُترجم التصميم الرقمي للبنية المجهرية مباشرة إلى أداء مجهري أفضل. التحدي الآن هو توسيع نطاق التقنية وضمان متانة النيكل في دورات استخدام طويلة.
كيف تؤثر البنية المسامية لمحفز النيكل المطبوع ثلاثي الأبعاد على كفاءة الطاقة والمتانة في التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين الأخضر
(ملاحظة: تصور المواد على المستوى الجزيئي يشبه النظر إلى عاصفة رملية بعدسة مكبرة.)