Чистое и доступное водородное топливо при щелочном электролизе воды: история, современные достижения и перспективы

Водородная энергетика стала весьма перспективной альтернативой современной углеводородной энергетике: она предполагает использование возобновляемой энергии для расщепления воды на водород и кислород с последующим применением экологически чистого водородного топлива. Получение водорода электролизом воды — необходимое условие развития водородной энергетики с нулевыми выбросами углерода. Среди различных технологий электролиза воды щелочной электролиз коммерциализирован более 100 лет назад и представляет собой наиболее зрелую и экономичную технологию. В настоящем обзоре рассмотрено историческое развитие электролиза воды и обсуждены несколько ключевых электрохимических параметров. Далее представлены современные электрокатализаторы на основе недрагоценных металлов, разработанные для решения задач щелочной реакции выделения кислорода (OER) и реакции выделения водорода (HER), включая оксиды, (окси)гидроксиды, халькогениды, фосфиды и нитриды переходных металлов для OER, а также сплавы, халькогениды, фосфиды и карбиды переходных металлов для HER. Особое внимание уделено синтезу катализаторов, проблемам их активности и стабильности, повышению эффективности и разработкам, значимым для промышленности. Также рассмотрены некоторые современные работы по масштабированию синтеза катализаторов, созданию новых конструкций электродов и щелочному электролизу морской воды. В заключение представлены перспективные задачи и возможности развития щелочного электролиза воды, а также предположены возможные направления дальнейших исследований.