Als je een overschot aan hernieuwbare energie hebt, kun je die opslaan in waterstof en zuurstof door de elektrolyse van water. Wil je die energie terug, dan moet je het omgekeerde doen met de zuurstofreductiereactie (ORR). Dat wil je zo efficiënt mogelijk laten verlopen om zo min mogelijk energie te verliezen. Een team uit Harvard en de Université Grenobles Alpes heeft een manier gevonden – met behulp van opgeloste zeolieten – om de ORR bijna vier keer efficiënter te laten verlopen.

De hulpstof bestaat uit silicaliet-1-nanokristallen, een zeoliet dat uit puur siliciumdioxide is opgebouwd in een cylindervormige kristalstructuur en hydrofobe kanaaltjes bevat met een hydrofiele buitenkant (voor meer over zeolieten, zie ons betreffende dossier). De onderzoekers gebruikten het zeoliet vanwege de hoge zuurstof-adsorptie: 270 keer dat van water. Daardoor kun je veel meer zuurstof kwijt in dezelfde hoeveelheid water en kan de ORR ook veel vaker plaatsvinden. Vanwege deze eigenschap noemden ze de zeolietoplossing ‘microporeus water’. Bij een concentratie van slechts 6,7 volume-% zorgt dat voor een stroomdichtheid van 17,5 mA/cm², 3,9 keer meer dan zonder zeoliet. Zo’n grote stroomdichtheid zorgt er ook voor dat de platina/carbon-katalysator deels de snelheidsbepalende factor wordt. Daardoor kun je de katalytische eigenschappen veel beter onderzoeken.

Volgens de onderzoekers licht dit werk ‘een onontgonnen gebied in de elektrokatalyse [uit] dat zich toespitst op het gebruik van microporeus water om sterk geconcentreerde oplossingen van gassen aan de elektrode te bereiken, waar katalyse kan plaatsvinden bij hogere stroomdichtheden ten gevolge van verminderde massatransportbeperkingen.’

Thorarinsdottir, A.E. et al. (2023) Nat. Catal., DOI: 10.1038/s41929-023-00958-9