Projektbeschreibung
Spinpolarisierte Katalysatoren für kostengünstige Wasserstofferzeugung
Auf der Liste, in der die EU vielversprechende, saubere, kostengünstige und CO2-arme Kraftstoffe zusammengestellt hat, steht Wasserstoff an erster Stelle. Als mögliche Technologie zu seiner Gewinnung bietet sich Wasserelektrolyse auf Basis erneuerbarer Energien an. Allerdings werden hierbei zur Katalyse der Wasserstoffentwicklungsreaktion an der Kathode sowie der Sauerstoffentwicklungsreaktion an der Anode seltene und teure Metalle der Platingruppe benötigt, was eine großflächige Nutzung verhindert. Daher stellt die Entwicklung effizienter Katalysatoren, die ohne Metalle der Platingruppe auskommen, einen entscheidenden Schritt bei der Verwirklichung der EU-Dekarbonisierungsziele dar. Das EU-finanzierte Projekt SpinCat konzipiert eine neue Klasse magnetischer Katalysatoren, die aus auf der Erde reichlich vorkommenden Rohstoffen bestehen. Spinpolarisation verleiht diesen eine im Vergleich zu herkömmlichen Katalysatoren dreifach höhere katalytische Aktivität bei der Beschleunigung der Sauerstoffentwicklungsreaktion, was einer kostengünstigen Wasserstofferzeugung ohne Einsatz von Metallen der Platingruppe den Weg ebnet.
Ziel
For Europe to achieve climate neutrality by 2050, H2 has been identified as one of the priority areas for clean, affordable and secure energy to replace oil and gas, in accordance with the European Green Deal. Water electrolysis using renewable energy is the leading energy storage contender as a clean H2 source to establish a sustainable H2 economy. However, the necessity of using rare and expensive platinum groups metals (PGMs) to catalyse the cathodic hydrogen evolution reaction (HER) and the anodic oxygen evolution reaction (OER) hinders the wide implementation of water electrolysis. Therefore, the development of efficient PGM-free catalysts is of utmost importance for Europe to reach its decarbonization objectives.
SpinCat addresses this need by realizing a new class of magnetic earth-abundant catalysts that, through spin polarization, will boost catalytic activity towards OER by a factor of three as compared to state-of-the-art catalysts. Further enhancements to catalytic activity will be obtained through the use of external magnetic field during catalysis. Through an interplay of experiment and theory, we will design and prepare catalyst materials featuring optimal spin polarization effects, gain fundamental knowledge on the parameters affecting the OER activity of magnetic materials, and develop a general theoretical model for the overall description of the influence of the electron spin in electrocatalysis. The technology will be demonstrated in a magnetically enhanced anion-exchange membrane (AEM) electrolyser prototype, which merges the benefits of both internal and external magnetic effects.
The long-term vision of SpinCat is to establish cost-effective H2 production via reducing the cost of membrane-based electrolyser technology by omitting the need of PGMs. This project will contribute to establishing Europe as the world leader in electrolyser technology for renewable H2 production.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural scienceschemical sciencescatalysiselectrocatalysis
- natural scienceschemical scienceselectrochemistryelectrolysis
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistrytransition metals
- social scienceseconomics and businesseconomicssustainable economy
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsrenewable energyhydrogen energy
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01
Finanzierungsplan
RIA - Research and Innovation actionKoordinator
4715-330 Braga
Portugal