Zonne-energie makkelijk opslaan

In de weg

Normaal gesproken splijt je water in een grote bak met twee elektroden: een anode en een kathode. Om te zorgen dat het water de stroom goed geleidt bevat het een lage concentratie zwavelzuur of natriumsulfaat. Zodra de stroom aan staat, splijt het water in H⁺ en OH^– ionen. De kathode trekt de H⁺ionen aan en reduceert ze tot waterstofgas, terwijl de OH^– ionen richting de anode gaan en daar worden geoxideerd tot zuurstofgas. Het probleem van deze reactie is dat reductie het best werkt bij een lage pH, terwijl de oxidatie juist sneller gaat in een basische omgeving. De reacties zitten elkaar dus eigenlijk in de weg, maar daar maakt het membraan een einde aan.

Het bipolaire membraan wordt al commercieel gebruikt voor een proces genaamd elektrodialyse – het scheiden van zouten uit water. De onderzoekers zagen dat het wellicht ook bij elektrolyse zou werken en plaatsten het membraan midden in een bak met water. Zo kregen ze twee compartimenten. “Het membraan scheidt het water en leidt de H⁺ ionen naar de kathode en OH^– juist richting de anode”, vertelt assistent professor chemische technologie Wilson Smith, die namens de TU Delft bij het onderzoek betrokken is. Door het membraan kon Wilson ook het pH-gehalte in de compartimenten apart van elkaar aanpassen en optimaliseren, waardoor de reactie sneller en efficiënter verloopt.

Efficiënt en duurzaam

Om het systeem helemaal af te maken zijn de elektroden aangesloten op twee zonnepanelen. “Er gaat nu zoveel stroom uit zonne-energie verloren”, zegt Wilson. “Met onze waterscheidingstechniek kun je die stroom omzetten in een nuttige brandstof.” Inmiddels heeft het systeem al een efficiëntie van 12,7% gehaald. Dit is minder dan de 18% die anderen al hebben gehaald met vergelijkbare technieken, maar in tegenstelling tot veel anderen maken Smith en zijn collega’s uitsluitend gebruik van niet-schaarse materialen voor hun elektroden en zonnecellen.