Plasma-elektrolyser werkt zuinig en snel

Groepsleider Mihalis Tsampas legt uit: "Wat baanbrekend is in deze aanpak, is dat we erin slagen tegelijkertijd H2 en water uit NO te produceren en NO uit stikstof en zuurstof in één volledig elektrisch apparaat. Het belangrijkste is dat we plasma-activering gebruiken in de opstelling om de stikstofchemie bij de tweede elektrode te stimuleren om een NO-concentratie te krijgen die meer dan 1000 keer groter is dan voor typische thermodynamische processen. En dat bij een temperatuur van 650°C." "Deze temperatuur is nodig voor efficiënte werking van vaste oxide elektrolysers om water bij de elektrode te splitsen en vervolgens de zuurstofionen door het membraan te laten transporteren," voegt post-doc Rakesh Sharma toe. "Dat is koel vergeleken met de 2000°C die typisch is bij het industrieel thermisch oxideren van stikstof."

Het plasma dient als een middel om de stikstofgasmoleculen te activeren, net voordat ze de zuurstofmoleculen tegenkomen. De gecontroleerde plasma-omstandigheden zijn zodanig dat de stikstofbindingen worden geactiveerd maar zonder het molecuul te breken. Eerste auteur Hrishikesh Patel: "Door de geactiveerde stikstofmoleculen te laten reageren met de zuurstof uit de watersplitsing, hebben we stikstofbinding in NO aangetoond bij een lage temperatuur, die past bij alle volledig elektrische processen."

Waterreductie en stikstofbinding zijn sleutelprocessen voor het leveren van brandstoffen en chemische grondstoffen voor een breed scala aan doeleinden. De duurzame uitdaging ligt in het ontwerpen van volledig elektrische productiemethoden voor deze moleculen, die de conventionele industriële processen op hoge temperatuur kunnen vervangen. Differ integreert beide en publiceerde hun resultaten in ACS Energy Letters.