KNOXVILLE, TN, 31. Juli 2026 /24-7PressRelease/ -- Jahrzehntelang galt in der Wasser-Elektrolyse-Forschung die Behandlung kleiner, schnell abziehender Blasen als ideal. Eine neue Studie stellt diese Annahme in Frage. Die Forscher fanden heraus, dass Blasen, die unter Hochstrombetrieb koaleszieren und die Elektrode später verlassen, die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) verbessern können. Diese größeren abziehenden Blasen sind nicht einfach deshalb hilfreich, weil sie groß sind; sie sind nützlich, weil ihre Koaleszenz winzige Blasen, die an der Elektrode haften, entfernt und die nahe Flüssigkeit aufwirbelt. Durch die Abstimmung der Elektrolytzusammensetzung zeigte das Team, dass koaleszenzfreudige Systeme eine bis zu 30 % höhere HER-Effizienz erzielten als koaleszenzgehemmte Systeme, was einen neuen Weg bietet, Energieverluste in der Wasserstoffproduktion zu überdenken.

Grüner Wasserstoff soll dazu beitragen, die chemische Industrie, den Transport, die Stahlherstellung und andere schwer zu elektrifizierende Branchen zu dekarbonisieren. Doch die Effizienz der Elektrolyse bleibt durch Blasen begrenzt, die auf den Elektrodenoberflächen entstehen. Diese Blasen können katalytische Stellen bedecken, den Ionentransport verlangsamen und den Wärme- und Stofftransport in der Nähe der Elektrode schwächen. Herkömmliche Strategien konzentrieren sich daher darauf, Blasen früher und in kleineren Größen durch Oberflächendesign, Benetzbarkeitskontrolle oder äußere Felder abzulösen. Bei hohen Stromdichten kollidieren Blasen jedoch häufig, und Blasen-Blasen-Wechselwirkungen beginnen, den Prozess zu dominieren. Aufgrund dieser Herausforderungen besteht ein Bedarf zu untersuchen, wie die Blasenkoaleszenz den Grenzflächentransport und die Elektrolyseeffizienz verändert.

Ein Forschungsteam der East China University of Science and Technology und der Southern University of Science and Technology berichtete (DOI: 10.1016/j.esci.2025.100472) über die Ergebnisse in eScience, wobei der Artikel online im Juli 2026 verfügbar ist. Die Studie untersuchte, wie die Elektrolytzusammensetzung die Blasenkoaleszenz, die Blasenablösung und die Leistung der Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) bei der Wasser-Elektrolyse in sauren und alkalischen Medien steuert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Förderung statt der Unterdrückung der Blasenkoaleszenz die Effizienz verbessern kann, indem sie die Art und Weise verändert, wie Blasen die Elektrodenoberfläche verlassen.

Das Team verwendete eine Drei-Elektroden-Elektrolysezelle mit einer Platinscheibenelektrode, elektrochemische Messungen, Hochgeschwindigkeitsbildgebung und numerische Simulationen. In Schwefelsäure koaleszierten Blasen leicht; wenn Perchlorsäure oder Natriumsulfat hinzugefügt wurde, wurde die Koaleszenz unterdrückt und die Blasenablösegröße wurde kleiner. Überraschenderweise verbesserten die kleineren Blasen die Leistung nicht. Bei −40 mA reduzierte die Zugabe von Perchlorsäure die Blasengröße, verursachte jedoch einen Rückgang der HER-Effizienz um etwa 20 %. Bei −60 mA erreichte die Leistungslücke etwa 30 %. Die mechanistische Analyse zeigte, warum: Eine gerade abgelöste Blase kann über der Elektrode verweilen und sich kontinuierlich mit an der Oberfläche verankerten Mikroblasen verbinden. Diese späte Ablösung zieht Mikroblasen in Größen unter 10 μm weg und befreit aktive Stellen, bevor sie blockiert werden. Gleichzeitig erzeugt die Koaleszenz lokale Strömungen von über 1 m/s, die die normalerweise stagnierende Grenzflächenschicht aufbrechen und den Wärme- und Stofftransport verbessern. In alkalischen Medien, in denen die Koaleszenz natürlich unterdrückt ist, förderte die Zugabe von hydrophoben Polystyrol (PS)-Mikropartikeln die Koaleszenz und verbesserte die Effizienz um 2–6 %.

Die Autoren sagten, die Arbeit verlagere die Schlüsselfrage im Blasenmanagement. Anstatt nur zu fragen, wie man Blasen kleiner machen kann, sollte die zukünftige Elektrolysekonstruktion fragen, wie Blasen nach ihrer Entstehung interagieren. Die Blasenkoaleszenz, so sagten sie, kann wie ein selbstangetriebener Reinigungs- und Mischprozess an der Elektrodenoberfläche wirken: Sie entfernt Mikroblasen frühzeitig, öffnet Reaktionsstellen wieder und bringt frischen Elektrolyten in eine Region, in der der Transport normalerweise langsam ist. Dies hilft zu erklären, warum größere abziehende Blasen unter Hochstrombedingungen auf bessere, nicht schlechtere Leistung hinweisen können.

Diese Ergebnisse legen ein neues Designprinzip für gasentwickelnde elektrochemische Systeme nahe. In sauren Systemen, in denen Blasen bereits leicht koaleszieren, könnten Elektroden oder Strömungsfelder so ausgelegt werden, dass nützliche Blasenkollisionen erhöht werden. In der alkalischen Wasserelektrolyse, der Meerwasserelektrolyse und Chlor-Alkali-Prozessen, in denen die Blasenkoaleszenz oft gehemmt ist, könnten Elektrolytzusätze oder partikelgestützte Strategien helfen, vorteilhafte Verschmelzungen wiederherzustellen. Die Studie weist auch auf breitere Anwendungen in der industriellen Elektrolyse hin, wo die Entfernung von Oberflächenblasen und der Grenzflächentransport weiterhin große Einschränkungen darstellen. Indem man Koaleszenz als steuerbares Werkzeug behandelt, könnten zukünftige Geräte Energieverluste reduzieren, ohne sich nur auf Verbesserungen von Katalysator oder Elektrodenoberfläche zu verlassen.

Referenzen
DOI
10.1016/j.esci.2025.100472

Originalquellen-URL
https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100472

Förderinformationen
National Natural Science Foundation of China; Shanghai Pilot Program for Basic Research; Special Project for Peak Carbon Dioxide Emissions-Carbon Neutrality der Shanghai Municipal Science and Technology Commission; Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation.

Über eScience
eScience – eine Gold-Open-Access-Zeitschrift in Zusammenarbeit mit KeAi, online veröffentlicht auf ScienceDirect. eScience wurde 2021 von der Nankai-Universität (China) gegründet und hat zum Ziel, qualitativ hochwertige wissenschaftliche Arbeiten zu den neuesten und besten wissenschaftlichen und technologischen Forschungen in interdisziplinären Bereichen zu veröffentlichen, die mit Energie, Elektrochemie, Elektronik und Umwelt zusammenhängen. eScience bietet Einblicke, Innovation und Fantasie für diese Bereiche durch den Aufbau aufeinanderfolgender Entdeckungen und Erfindungen. Inzwischen ist eScience in SCIE, EI, CAS, Scopus und DOAJ indexiert. Sein Impact Factor beträgt 52,9 und ist damit der erste im Bereich der Elektrochemie.

Chuanlink Innovations, wo revolutionäre Ideen ihr wahres Potenzial entfalten. Unser Name, verwurzelt im Wesen von Übertragung und Verbindung, spiegelt unser Engagement wider, Innovation zu fördern und den Weg von Ideen von der Entstehung bis zur Realisierung zu erleichtern.

Verwandter Link:
http://chuanlink-innovations.com

Haftungsausschluss: Diese Übersetzung wurde automatisch von NewsRamp™ für 24-7 Press Release (gemeinsam als "DIE UNTERNEHMEN" bezeichnet) mit öffentlich zugänglichen generativen KI-Plattformen erstellt. DIE UNTERNEHMEN garantieren nicht die Genauigkeit oder Vollständigkeit dieser Übersetzung und haften nicht für Fehler, Auslassungen oder Ungenauigkeiten. Die Nutzung dieser Übersetzung erfolgt auf eigenes Risiko. DIE UNTERNEHMEN haften nicht für Schäden oder Verluste, die aus solcher Nutzung entstehen. Die offizielle und maßgebliche Version dieser Pressemitteilung ist die englische Version.