Als deel van een aanstaande speciale uitnodigingscollectie ter ere van het 15-jarig jubileum van de Global Young Academy (GYA) presenteerde een UT-team onder leiding van David Fernandez Rivas nieuwe inzichten over hoe bellen zich gedragen tijdens de productie van waterstof. Door elektroden te ontwerpen die de vorming en samensmelting van bellen sturen, nam het team een belangrijke stap in het verbeteren van de efficiëntie van elektrolyse voor de productie van groene waterstof.
In de beginjaren van de GYA was ook de Universiteit Twente nauw betrokken, want UT-hoogleraar Hans Hilgenkamp behoorde tot de oprichters en professor Wilfred van der Wiel was twee termijnen lid van de Executive Committee. Sindsdien is het uitgegroeid tot een toonaangevend platform voor beginnende onderzoekers van over de hele wereld. Ter gelegenheid van het 15-jarig jubileum heeft de academie leden en alumni uitgenodigd om bijdragen in te sturen om te laten zien hoe jonge wetenschappers complexe, mondiale problemen aanpakken.
“Deze speciale uitnodiging voelt alsof het cirkeltje rond is", zegt David Fernandez Rivas, nu alumnus van de GYA. “De UT was erbij toen de academie werd opgericht, en 15 jaar later kunnen we laten zien hoe ons onderzoek van de afgelopen 10 jaar in Twente (met financiering van MCEC) die missie voortzet: nieuwsgierigheid combineren met impact in de echte wereld.”
Kleine holtes, gecontroleerde bellen
Meestal produceren we waterstof door middel van elektrolyse. Daarbij ontstaan bellen op elektroden waar water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof. Maar ongecontroleerd blokkeren diezelfde bellen het oppervlak van de elektroden. De efficiëntie neemt daardoor af. Bellen verschijnen vaak op willekeurige plaatsen op elektrodeoppervlakken en dat maakt het moeilijk om ze beter te onderzoeker. Om dit te verhelpen, hebben de UT-onderzoekers, met toegang tot de Nanolab-cleanroom van het MESA+ Instituut, siliciumelektroden gemaakt met kleine hydrofobe holtes. Dit zijn plaatsen waar consistent belletjes vormen. Dat vermindert de willekeurigheid en vergroot daarmee de controleerbaarheid van elektrochemische processen.
Wat dit onderzoek bijzonder maakt, is dat het team de afstand tussen de holtes heeft gevarieerd. Hierdoor konden ze zien hoe belletjes groeien, samensmelten en loskomen, afhankelijk van hoe dicht ze bij hun buren staan. Ze ontdekten dat wanneer de holtes dichter bij elkaar staan, belletjes vaker en in kleinere maten afbreken. Dit helpt ook om de ophoping van gas rond de belletjes te verminderen. Het leidt echter ook tot een grotere bedekking van de elektrode. Een compromis dat je moet afwegen.
“We toonden aan dat belletjes niet alleen hinderlijk zijn op elektroden, maar dat ze, mits slim beheerd, juist kunnen helpen om waterstofgas van de elektrode weg te halen”, legt dr. Akash Raman uit, die het onderzoek uitvoerde als onderdeel van zijn promotieonderzoek. “Door de afstand tussen de holtes aan te passen, hebben we een evenwicht gevonden tussen het blokkeren van de elektrode en het verbeteren van het transport.”
Meer informatie
Het onderzoek, getiteld “Electrolytic bubble coalescence on hydrophobic cavity arrays determines departure radius and lowers electrolyte supersaturation”, is gepubliceerd in de aanstaande special invitation collection van het 15-jarig jubileum van de Global Young Academy. De auteurs Dr. Akash Raman, Stefan Schlautmann, Prof. Dr. Han Gardeniers en Prof. Dr. ir. David Fernandez Rivas maken allemaal deel uit van de onderzoeksgroep Mesoscale Chemical Systems (Faculteit TNW / MESA+).
