Bir NIMS araştırma ekibi, veri asimilasyonu kullanılarak su elektrolizörlerinde kullanılan elektrokatalizörlerin bozulma davranışını doğru ve hızla tahmin edebilen bir yaklaşım geliştirmiştir – hava tahminde yaygın olarak kullanılan bir yöntem.
Sadece 300 saatlik deneysel veriyi analiz ettikten sonra, bu yaklaşım yaklaşık 900 saatlik su elektrolizinden sonra meydana gelen bir elektrokatalitik materyalin bozulmasını doğru bir şekilde öngördü. Bu yaklaşım, çeşitli elektrokatalitik materyaller arasındaki bozunma özelliklerinin karşılaştırılmasını hızlandırabilir ve basitleştirebilir, potansiyel olarak bozulma mekanizmalarıyla ilgili araştırmaları kolaylaştırabilir ve daha verimli, ekonomik ve dayanıklı elektrokatalitik malzemelerin gelişimini hızlandırabilir.
Çalışma dergide yayınlandı ACS Enerji Mektupları.
Bir toplum, büyük bir enerji kaynağı olarak yeşil hidrojenin kullanımını teşvik ederek daha sürdürülebilir hale gelebilir. Bu amaca ulaşmak, karbondioksit emisyonları olmayan bir yakıt olan yeşil hidrojen üreten su elektrolizlerinin yaygın kurulumunu gerektirecektir. Dayanıklı elektrokatalizörler geliştirmek, su elektrolizlerinin verimliliğini ve ömrünü artırmak için çok önemlidir.
Bununla birlikte, potansiyel olarak umut verici elektrokatalizörlerin dayanıklılığını değerlendirmek tipik olarak binlerce saat – bazen on binlerce – elektrokatalistlerin bozulma özelliklerini daha hızlı, doğru ve güvenilir bir şekilde değerlendirebilen tekniklerin geliştirilmesi için güçlü bir talep artırmaktadır.
Bu NIMS araştırma ekibi yakın zamanda veri asimilasyonunu elektrokatalizörlerin bozulma davranışını tahmin etmek için matematiksel modellerine entegre etti. Veri asimilasyonu, gözlemlenen verilerin tahminlerin doğruluğunu artırmak için sayısal modellerle birleştirildiği çeşitli alanlara (hava tahmini de dahil olmak üzere) uygulanan bir yöntemdir. Teorik tahmin eğrilerini, yeni gözlemler mevcut hale geldikçe deneysel verilere yinelemeli olarak uyararak optimize eder ve verilerdeki belirsizlikleri hesaba katar.
Ekip, yüzey çözünmesi ve diğer mekanizmaları göz önünde bulundurarak elektrokatalizörlerin bozulma sürecini simüle etmek için basit bir matematiksel model oluşturdu. Bu bozunma tahmin modelinin doğruluğu ilk olarak, bir su elektrolizi deneyinin ilk saatlerinde toplanan bozunma verilerine uyumunu teyit ederek doğrulanmıştır.
Daha sonra ekip, uzun vadeli deneysel verilerde (yaklaşık 900 saat) veri asimilasyonunu kullanarak doğruluğunu test etti. Elektrokatalizör örneklerinin 900 saatte bozunma davranışını doğru bir şekilde tahmin etmek için sadece ilk 300 saatlik verilere ihtiyaç duyulduğunu ve sadece%4’lük bir hata payı ile gerekli olduğunu bulmuşlardır.
Gelecekteki araştırmalarda, ekip algoritmayı rafine ederek tekniği daha da artırmayı ve daha kısa deney dönemlerinde toplanan verileri kullanarak elektrokatalizör bozulmasını doğru bir şekilde tahmin etmesini sağlıyor. Ekip ayrıca elektrokatalizör bozulma mekanizmalarını netleştirme çabalarını geliştirmeyi planlıyor.
Bu girişimlerin daha yüksek performanslı elektrokatalizörlerin geliştirilmesini kolaylaştırması ve su elektrolizlerinin daha yaygın olarak benimsenmesi yoluyla hidrojen üretimini artırarak karbon nötrlük çabalarını desteklemesi beklenmektedir.
