การวิจัยของออสเตรียพบว่าการเคลือบแพลทินัมบางๆ สามารถลดการใช้โลหะในอุปกรณ์ไฮโดรเจนได้ถึง 88%

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีกรุงวีนา (TU Wien) ของออสเตรียค้นพบว่าการใช้ชั้นเคลือบแพลทินัมที่บางกว่านี้สามารถป้องกันชิ้นส่วนที่ใช้ในการผลิตไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ การค้นพบนี้มีศักยภาพที่จะลดปริมาณโลหะมีค่าที่จำเป็นสำหรับชั้นป้องกันเหล่านี้ลงประมาณ 88% การศึกษานี้ได้ตรวจสอบแผ่นไบโพลาร์ทองแดงเคลือบแพลทินัมที่ใช้สำหรับการแยกน้ำด้วยเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEM) ภายใต้เงื่อนไขของการศึกษา ชั้นเคลือบที่มีความหนาเพียง 24 奈โนเมตร ส่วนใหญ่ยังคงคงที่สมบูรณ์ และยังคงรักษาความนำไฟฟ้าที่ดีอยู่แม้หลังจากได้รับความเครียดทางอิเล็กโทรเคมี ผลการค้นพบเหล่านี้ชี้ให้เห็นถึงแนวทางที่เป็นไปได้ในการลดต้นทุนอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยเตือนว่าความหนาที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงวิธีการผลิตชั้นเคลือบและความสม่ำเสมอของการเคลือบผิว ทำไมอุปกรณ์ไฮโดรเจนจึงต้องการแพลทินัม การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าใช้พลังงานไฟฟ้าแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ที่แอนโอด กระบวนการนี้ผลิตออกซิเจน ไอออนไฮโดรเจนบวก (โปรตอน) และอิเล็กตรอน โปรตอนเคลื่อนผ่านเยื่อเพื่อไปถึงคาธโอด ซึ่งที่นั่นรวมกับอิเล็กตรอนเพื่อสร้างไฮโดรเจน การรักษาการทำงานของอุปกรณ์ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้มีความยากลำบากมากกว่าที่ปฏิกิริยาพื้นฐานคาดการณ์ไว้ "กระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าสร้างสภาพแวดล้อมทางเคมีที่เป็นอันตรายต่อชิ้นส่วนโลหะหลายชนิด โลหะอาจละลาย และชั้นออกไซด์ก็อาจก่อตัวขึ้น ขวางทางการไหลของกระแสไฟฟ้า" เฮลมูท รีดล-ทราเกนไรฟ (Helmut Riedl-Tragenreif) จากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีกรุงวีนา อธิบายไว้

ความต้องการแพลทินัมของอุปกรณ์ไฮโดรเจน

"หากระบบต้องทำงานในระยะยาว ชิ้นส่วนต่างๆ ต้องถูกจับคู่อย่างระมัดระวัง แผ่นไบโพลาร์เล่นบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในที่นี้ คิดเป็นสูงถึง 30% ของต้นทุนระบบทั้งหมด" แผ่นเหล่านี้ไม่เพียงแต่ให้การสนับสนุนทางกลศาสตร์แก่อุปกรณ์เท่านั้น ยังนำกระแสไฟฟ้าและช่วยขนส่งน้ำและก๊าซ ทองแดงมีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดี แต่ผิวพื้นของมันจะก่อตัวเป็นชั้นออกไซด์ซึ่งขวางทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ชั้นเคลือบแพลทินัมบางๆ จึงเป็นแก้ไขปัญหานี้ได้ โดยป้องกันทองแดงขณะที่นำกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชั้นเคลือบบางรอดชีวิตในการทดสอบ ทีมงานของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีกรุงวีนาได้สืบสวนอย่างเป็นระบบว่าชั้นป้องกันนี้ต้องมีความหนาเท่าไหร่

ผลการทดสอบชั้นเคลือบแพลทินัมบาง

จากการทดสอบ พบว่าชั้นเคลือบที่มีความหนา 24 奈โนเมตร เพียงพอแล้วภายใต้เงื่อนไขที่ทดสอบ ในขณะที่ชั้นเคลือบที่มีความหนา 8 奈โนเมตร แสดงปัญหาที่ชัดเจน เมื่อเทียบกับชั้นเคลือบ 200 奈โนเมตรที่ใช้ในอุตสาหกรรมปัจจุบัน ชั้นเคลือบบางที่ประสบความสำเร็จนี้แสดงถึงความเป็นไปได้ในการลดการบริโภคแพลทินัมประมาณ 88% นักวิจัยยังได้ตรวจสอบความทนทานของชั้นเคลือบเหล่านี้หลังจากได้รับความเครียดทางอิเล็กโทรเคมี ไม่ใช่แค่ประเมินประสิทธิภาพเริ่มต้นเท่านั้น "เราใช้วิธีการความละเอียดสูงในการวิเคราะห์ชั้นเคลือบก่อนและหลังได้รับความเครียดทางอิเล็กโทรเคมี คำถามที่สำคัญเป็นพิเศษคือว่าจะมีข้อบกพร่องระดับไมโครเกิดขึ้นในชั้นเคลือบหรือไม่"

รีดล-ทราเกนไรฟ กล่าว ข้อบกพร่องเล็กๆ อาจเร่งร้อนความเสียหาย ข้อบกพร่องในชั้นแพลทินัมอาจทำให้ทองแดงที่อยู่ด้านล่างสัมผัสกับการโจมตี ทองแดงจะออกไซด์ และที่พื้นผิวแบ่งอาจก่อตัวเป็นฟองออกซิเจนเล็กๆ สร้างความเครียดทางกลศาสตร์ ที่ทำให้ชั้นเคลือบเสียหายเพิ่มเติม เมื่อพื้นที่ที่หลุดออกมีขนาดใหญ่ขึ้น ทองแดงจะถูกเปิดเผยมากขึ้น และความเสียหายจะเร่งร้อนขึ้น ชั้นเคลือบ 8 奈โนเมตร แสดง跡象ชัดเจนของกระบวนการนี้ หลังจากได้รับความเครียดทางอิเล็กโทรเคมี นักวิจัยสังเกตเห็นข้อบกพร่องขนาดใหญ่ และพบว่าจำนวนไอออนทองแดงและแพลทินัมที่เข้าสู่แอลกอไลต์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ส่วนชั้นเคลือบ 24 奈โนเมตร ยังคงคงที่สมบูรณ์ส่วนใหญ่ภายใต้เงื่อนไขที่ศึกษา รักษาความนำไฟฟ้าที่ดี และรักษาระดับการปล่อยไอออนโลหะไว้ที่ระดับต่ำมาก

ผลกระทบของชั้นเคลือบแพลทินัมบางต่อการผลิตไฮโดรเจน

ในกระบวนการผลิตไฮโดรเจน ปริมาณการใช้แพลทินัมมีผลกระทบอย่างมากต่อต้นทุน การศึกษาแสดงให้เห็นว่าชั้นเคลือบแพลทินัมบางสามารถลดความต้องการโลหะมีค่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งไม่เพียงแต่ลดต้นทุนการผลิต แต่ยังเพิ่มความทนทานของอุปกรณ์ด้วย การออกแบบและการเลือกวัสดุของแผ่นไบโพลาร์มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของระบบทั้งหมด โดยเฉพาะเมื่อต้องเผชิญกับความท้าทายจากการกัดกร่อนทางเคมี ผลการค้นพบของงานวิจัยนี้อาจส่งเสริมการค้าส่งเทคโนโลยีไฮโดรเจน และขับเคลื่อนโซลูชันพลังงานที่ยั่งยืนมากขึ้น