Oppervlakfysica van elektrodes voor groene waterstof productie

Groep: CoCooN

Promotor: Jolien Dendooven en Christophe Detavernier

Begeleiding: Véronique Cremers

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contactgegevens opvragen door op de naam te klikken)

Context

Het is evident dat hernieuwbare elektriciteit een hoofdrol zal spelen in de transitie naar een CO2 neutraal energiesysteem. Hierdoor klinkt de vraag naar een oplossing voor het probleem van onbalans tussen productie en afname van elektriciteit steeds luider. Batterijtechnologie vormt een deel van de oplossing, maar is anderzijds moeilijk inzetbaar voor de zware transportsector (luchtvaar, scheepvaart en zwaar wegtransport), voor lange termijn energieopslag over de seizoenen heen en voor energietransport over grote afstanden. Wereldwijd is de vraag van de industrie duidelijk: er is nood aan een duurzame oplossing voor de omzetting van elektriciteit in synthetische brandstoffen, omwille van hun hoge energiedichtheid (zie figuur).

Hoewel er reeds technologie voor handen is die het splitsen van water in zuurstof en waterstof, als energiedrager, mogelijk maakt via een elektrochemisch proces, is deze vooralsnog te duur om in competitie te gaan met processen gebaseerd op fossiele brandstoffen. De sleutel ligt bij de ontdekking en ontwikkeling van nieuwe processen, materialen en technologieën. Aangezien elektrochemische reacties zich afspelen aan de interfaces tussen het elektrolyt en de elektrode is het belangrijk om de oppervlakfysica van elektrodes te begrijpen en te kunnen controleren op atomaire schaal. De COCOON onderzoeksgroep speelt hierop in door atoomlaagdepositie (ALD) in te zetten voor het vervaardigen van dunne lagen met atomair precieze controle over de eigenschappen van het oppervlak.

Figuur: Links: Volumetrische en gravimetrische energiedensiteit van verschillende opslag media (Figuur uit Energy-X Research Needs Report). Rechts: Concept van een waterstofeconomie (Figuur van Power2Gas Industry Cluster Flanders).

Jouw bijdrage

In deze thesis is het de bedoeling om door middel van ALD metallische nanodeeltjes af te zetten op elektrodeoppervlakken en de impact van de samenstelling, vorm, grootte en oppervlakdensiteit van de nanodeeltjes op de elektrochemische omzetting van water systematisch te bestuderen. Hiertoe zal je gebruik maken van een wereldwijd uniek oppervlak-karakteriseringsplatform dat door de COCOON onderzoeksgroep werd ontwikkeld en geïnstalleerd is in het vernieuwde S1 gebouw (de renovaties zullen afgerond zijn tegen de start van het academiejaar 2020-2021!). Deze thesis zal je dus hands-on ervaring geven met het deponeren van materialen, het analyseren van de oppervlakfysica, en het functioneel karakteriseren van deze materialen voor het elektrochemisch splitsen van water. Deze ervaring vormt een ideale opstap naar een PhD in deze onderzoekcontext.