- Ilmuwan Korea Selatan mengembangkan elektroda nikel-kobalt tanpa platinum, meningkatkan efisiensi produksi hidrogen hijau.
- Elektroda baru menunjukkan kinerja dan daya tahan kelas dunia dalam elektrolisis air alkali.
- Teknologi ini mencapai produksi hidrogen pada overpotential, menunjukkan kinerja yang sangat baik.
- Elektroda di masa depan dapat beroperasi bersama pembangkit listrik tenaga surya dan angin.
Ilmuwan Korea Selatan telah mengembangkan komponen baru dengan biaya sangat rendah untuk memproduksi hidrogen hijau dari air dan listrik. Korea Institute of Energy Research (KIER) telah menciptakan elektroda nikel-kobalt tanpa platinum yang efektif untuk elektrolisis air alkali. Struktur elektroda Ni/Co yang terbuat dari logam non-mulia ini meningkatkan kinerja elektrolisis air alkali dan menurunkan biaya. Kemajuan ini berpotensi menghilangkan hambatan ekonomi utama untuk memperluas energi hijau secara global. Kepala peneliti KIER, Dr. Kang Kyung-Soo, menyatakan, "Penelitian ini membuktikan bahwa elektroda non-mulia dapat mencapai kinerja dan daya tahan kelas dunia dalam elektrolisis air alkali."
Kunci untuk menurunkan biaya hidrogen terletak pada kesederhanaan elektrolisis air. Dengan menerapkan arus listrik ke dalam air, molekul air terpecah dan hidrogen murni ditangkap, menghasilkan emisi karbon nol. Namun, dalam praktiknya, terutama dalam sistem alkali skala besar, laju reaksi cukup lambat. Dalam kondisi alkali, waktu yang dibutuhkan untuk memecah molekul air lebih dari 100 kali lipat dibandingkan dengan lingkungan asam. Untuk mempercepat reaksi, sel elektrolisis industri biasanya menggunakan logam mulia. Harga platinum sekitar US$58 per gram (sekitar HK$452), sedangkan harga ruthenium sekitar US$54 per gram (sekitar HK$421). Mengingat skala pabrik, hal ini membuat produksi skala besar menjadi tidak ekonomis. Tim KIER akhirnya memutuskan untuk sepenuhnya meninggalkan platinum dan menggunakan nikel dan kobalt, yang masing-masing harganya sekitar US$0.02 per gram (sekitar HK$0) dan US$0.05 per gram (sekitar HK$0).
Keunggulan Teknologi Elektroda Baru
Bagaimana logam murah dapat melampaui platinum? Ini berkat arsitektur cerdasnya. Tim menciptakan struktur heterogen dua komponen yang menggabungkan oksida nikel dan paduan nikel-kobalt pada permukaan elektroda yang sama. Setiap komponen menangani tahap reaksi yang berbeda. Oksida nikel berfungsi sebagai katalis kimia, dengan cepat memecah molekul air pada langkah disosiasi awal yang lambat; sementara paduan Ni-Co digunakan untuk menggabungkan ion hidrogen yang dilepaskan menjadi gas bahan bakar yang dapat digunakan.
Hasil kinerja menunjukkan potensi teknologi ini. Elektroda tersebut mencapai produksi hidrogen yang setara pada overpotential hanya 22.7 mV, yang sekitar 40% dari 56.5 mV yang diperlukan oleh sistem platinum komersial. Para peneliti mencatat, "Elektroda yang dikembangkan memberikan produksi hidrogen yang setara pada overpotential sekitar 40%, menunjukkan kinerja terbaik di antara elektroda alkali non-mulia yang dilaporkan dalam tiga tahun terakhir." Banyak inovasi laboratorium gagal dalam pengujian jaringan nyata karena fluktuasi energi surya dan angin yang membuat peralatan menghadapi siklus operasi yang keras. KIER merancang elektroda baru ini untuk tahan terhadap kondisi yang tidak terduga tersebut.
Dalam pengujian unit 8.7 cm, elektroda ini mengurangi tegangan sel sebesar 11% dibandingkan dengan baterai nikel standar. Bahkan setelah 600 siklus stres start-stop berturut-turut, tidak ada kehilangan kinerja.
Peluang Komersialisasi di Masa Depan
Di masa depan, elektroda ini memiliki potensi untuk beroperasi bersama pembangkit listrik tenaga surya dan angin yang tidak stabil. Tim telah melampaui tahap laboratorium. Koordinator bersama, Dr. Lee Hyun-Joon, mengungkapkan bahwa tim telah memproduksi elektroda besar dengan diameter 40 cm dan sedang menyempurnakan proses produksi komersial. Tujuan akhir adalah untuk memperluas luas permukaan elektroda hingga 5,000 cm² agar dapat langsung diintegrasikan ke dalam fasilitas industri berskala megawatt. Jika berhasil diperluas, ini dapat menyelesaikan masalah pajak logam mulia untuk hidrogen. Hasil penelitian ini telah dipublikasikan di jurnal Advanced Science.
Dampak Elektroda Tanpa Platinum terhadap Produksi Hidrogen
Pengembangan elektroda nikel-kobalt tanpa platinum ini menandai terobosan penting dalam teknologi produksi hidrogen. Secara tradisional, produksi hidrogen bergantung pada katalis logam mulia yang mahal, yang membatasi kelayakan ekonominya. Dengan menggunakan logam yang lebih murah, teknologi ini tidak hanya menurunkan biaya produksi, tetapi juga meningkatkan jumlah dan efisiensi hidrogen. Dengan meningkatnya penggunaan energi terbarukan, potensi aplikasi elektroda baru ini sangat besar, mampu mendorong penggunaan hidrogen hijau secara luas dan lebih lanjut mempercepat transisi energi global.