Yüksek entropi stratejisiyle hidrojende verimlilik üç kat arttı

Geleceğin temiz enerji taşıyıcısı yeşil hidrojenin üretim maliyetlerini radikal biçimde düşürecek yeni bir teknoloji geliştirildi. KAIST araştırmacıları, yüksek entropi stratejisiyle tasarladıkları yeni elektrot sayesinde hidrojen üretim verimliliğini 3 kat artırmayı başardı.

Küresel enerji dönüşümünün merkezinde yer alan yeşil hidrojen üretimi, bugüne kadar elektrot reaksiyonlarındaki hız sınırlamaları ve yüksek maliyetler nedeniyle geniş ölçekli ticarileşme sorunları yaşıyordu. KAIST Makine Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Kang Taek Lee liderliğindeki ekip, termodinamiğin ‘düzensizlik’ prensibini kullanarak bu darboğazı aşmayı başardı. KARMAŞIKLIKTAN GELEN KARARLILIKMalzeme biliminde genellikle farklı elementlerin karıştırılması yapısal kararsızlığa yol açarken, ‘yüksek entropi’ olgusu bunun tam tersini sağlıyor. Araştırma ekibi; Pr, La, Na, Nd, Ca, Ba ve Sr olmak üzere yedi farklı metal elementini aynı anda elektrot yapısına dahil ederek ‘yüksek entropili çift perovskit oksijen elektrotu’ tasarladı. Bu karmaşık bileşim, beklentilerin aksine kristal yapıyı daha kararlı hale getirerek reaksiyon hızlarını zirveye taşıdı. AKTİF BÖLGELERDE YÜZDE 60 ENERJİ TASARRUFUYapılan Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) hesaplamaları, bu inovasyonun teknik üstünlüğünü kanıtladı:Enerji tasarrufu: Hidrojen üretiminin gerçekleştiği aktif bölgeler için gereken enerji, geleneksel malzemelere kıyasla yüzde 60'tan fazla azaldı.Proton taşıma hızı: TOF-SIMS analizleri, protonların elektrot içindeki hareket hızının 7 kat arttığını ortaya koydu. TİCARİ PERFORMANS: GÜÇ YOĞUNLUĞU 2,6 KAT ARTTIYeni nesil elektrotun kullanıldığı hücreler, 650°C sıcaklıkta 1,77 W cm⁻² güç yoğunluğuna ulaştı. Bu rakam, mevcut standart sistemlerin yaklaşık 2,6 kat üzerinde bir performans anlamına geliyor. En kritik veri ise hidrojen üretim miktarında görüldü; sistem, geleneksel yöntemlere göre yaklaşık üç kat daha fazla (4,42 A cm⁻²) hidrojen üretme kapasitesine ulaştı. 500 SAATLİK DAYANIKLILIK TESTİNDEN GEÇTİHidrojen yatırımlarında en büyük endişe kaynağı olan ‘zamanla performans düşüşü’, bu yeni teknolojiyle minimize edildi. 500 saatlik sürekli çalışma testlerinde performans kaybı sadece yüzde 0,76 seviyesinde kalarak mükemmel bir endüstriyel dayanıklılık sergiledi. Profesör Kang Taek Lee, çalışmanın önemini şu sözlerle özetledi: "Bu teknoloji, entropinin termodinamik kavramının elektrot reaktivitesini kontrol etmek için kullanılabileceğini kanıtlıyor. Yeşil hidrojen üretim verimliliğini artırarak hidrojen ekonomisinin ticarileşmesini hızlandıracaktır."