SCALE – Development of novel, inexpensive and scalable catalysts for alkaline water electrolysis

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502898

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Emissionsfreie Energieumwandlungstechnologien sind ein wichtiger Bestandteil der langfristigen Klimastrategie der Schweiz und ihres angestrebten Weges zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen auf Netto-Null bis 2050. Die Produktion von grünem Wasserstoff durch alkalische Wasserelektrolyse ist eine Schlüsselreaktion für eine solche Energielandschaft, auf der weitere Technologien entscheidend aufbauen (z. B. Methanolproduktion durch CO2-Hydrierung). Die Entwicklung stabiler, aber kostengünstiger (auf der Basis von im Überfluss vorhandenen Elementen) Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) stellt nach wie vor eine Herausforderung für die alkalische Wasserelektrolyse im großen Maßstab dar und steht daher im Mittelpunkt des aktuellen Vorschlags. Im Rahmen dieses Projekts wollen wir eine neue Klasse aktiver, aber kostengünstiger Katalysatoren entwickeln, d. h. eisenbasierte, negative Ladungstransferoxide auf Eisenbasis für die alkalische Sauerstoffentwicklungsreaktion. Neben grundlegenden Fortschritten bei der Materialentwicklung werden die in diesem Projekt entwickelten Elektrokatalysatoren in eine großtechnische Elektrolyseanlage integriert, in der ihre Wettbewerbsfähigkeit mit Katalysatoren auf dem neuesten Stand der Technik sowohl aus leistungsbezogener als auch aus wirtschaftlicher Sicht kritisch bewertet wird.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Zero emission energy conversion technologies are an important component in Switzerland’s long-term climate strategy and its desired path to reduce greenhouse gas emissions to become net zero by 2050. The production of green hydrogen via alkaline water electrolysis is a key reaction for such an energy landscape on which further technologies critically rely on (e.g. methanol production through CO2 hydrogenation). The development of stable, yet inexpensive (based on earth-abundant elements) electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER) remains a challenge for large-scale alkaline water electrolysis and is therefore the key focus of the current proposal. Within this project we aim to develop a new class of active, yet inexpensive catalysts, i.e., iron-based, negative charge transfer oxides based on iron, for alkaline OER. In addition to making fun-damental advances in material design, the electrocatalysts developed in this project will be integrat-ed into a large-scale electrolysis setup, in which their competitiveness with state-of-the-art catalysts will be critically assessed from both performance and economic perspectives.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Les technologies de conversion énergétique à zéro émission sont un élément important de la stratégie climatique à long terme de la Suisse et de son objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre pour atteindre un niveau net de zéro d'ici à 2050. La production d'hydrogène vert par électrolyse de l'eau alcaline est une réaction clé pour un tel paysage énergétique sur lequel d'autres technologies s'appuient de manière critique (par exemple, la production de méthanol par hydrogénation du CO2). Le développement d'électrocatalyseurs stables et peu coûteux (basés sur des éléments terrestres abondants) pour la réaction d'évolution de l'oxygène (OER) reste un défi pour l'électrolyse de l'eau alcaline à grande échelle et constitue donc l'objectif principal de la proposition actuelle. Dans le cadre de ce projet, nous visons à développer une nouvelle classe de catalyseurs actifs et peu coûteux, c'est-à-dire des oxydes de transfert de charge négative à base de fer, pour la réaction de dégagement de l'oxygène en milieu alcalin. Outre les avancées fondamentales dans la conception des matériaux, les électrocatalyseurs développés dans le cadre de ce projet seront intégrés dans une installation d'électrolyse à grande échelle, dans laquelle leur compétitivité par rapport aux catalyseurs de pointe sera évaluée de manière critique du point de vue de la performance et de l'économie.