Magazín 2
Přihlásit Registrace
Věda

Nová krystalová fáze oxidu kobaltu srazila přepětí kyselé elektrolýzy o 181 mV

Chemici ze Su-čouské univerzity a jejich spolupracovníci popsali ve středečním Nature trigonální oxid kobaltu, který v kyselé reakci uvolňující kyslík potřebuje o 181 mV nižší přepětí než spinelová forma téže sloučeniny. Míří na anodu elektrolyzérů, kde dnes pracuje iridium – kov, kterého se ročně vytěží kolem sedmi a půl tuny. Abstrakt ale neuvádí ani srovnání s iridiem, ani jak dlouho katalyzátor vydrží, a starší práce naměřila, že kobalt z anody v kyselině odchází při každé výraznější změně napětí – tedy i při zapínání a vypínání.

30. července 2026 · 3 zhlédnutí

Časopis Nature vydal 29. července práci, která popisuje novou krystalovou podobu oxidu kobaltu Co3O4. V kyselém prostředí, kde na anodě elektrolyzéru vzniká kyslík, potřebuje k proudové hustotě 10 mA/cm² přepětí 269 mV. Běžná spinelová forma téže sloučeniny potřebuje o 181 mV víc. Přepětí je napětí, které se musí přidat nad teoretické minimum, aby reakce vůbec běžela – čím nižší, tím méně elektřiny se promění v teplo.

Elektrolyzér s protonově vodivou membránou na vodíkové stanici
Elektrolyzér s membránou vodivou pro protony na vodíkové stanici Nazarbajevovy univerzity. Právě u tohohle typu elektrolyzéru bývá na anodě iridium. Foto: Gn.zhigerbayeva, Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

Jak se ta fáze liší

Oxid kobaltu se běžně vyskytuje jako spinel, ve kterém sedí atomy kobaltu ve dvou různých pozicích: uvnitř čtyřstěnu z atomů kyslíku a uvnitř osmistěnu. Pro reakci uvolňující kyslík je užitečná jen ta osmistěnná, čtyřstěnná je podle autorů neaktivní. Nová fáze má trigonální mříž s prostorovou grupou P-3m1 a všechen kobalt v osmistěnech spojených hranami; ionty Co2+ a Co3+ jsou v ní v poměru 1 : 2. Vyrobit se dala mechanochemicky – tedy mechanickým namáháním látky místo syntézy v roztoku – v roztavené alkálii za sníženého tlaku.

Druhé číslo z abstraktu je z celého článku to nejpraktičtější: ve skutečné cele s protonově vodivou membránou dosáhl katalyzátor při napětí 1,80 V na článek proudové hustoty nad 1 800 mA/cm². Padlo v cele s membránou; přepětí 269 mV abstrakt uvádí u samotné reakce uvolňující kyslík.

Pod prací je podepsáno sedmnáct autorů z pracovišť v Číně, na Tchaj-wanu a v Německu, mezi nimi Institut Maxe Plancka pro chemickou fyziku pevných látek v Drážďanech a tchajwanské synchrotronové centrum NSRRC. Recenze si dala načas: rukopis dorazil 2. března 2025 a přijat byl 25. června 2026, tedy skoro po šestnácti měsících.

Proč se náhrada iridia hledá

Elektrolyzéry s protonově vodivou membránou patří ke klíčovým strojům na výrobu vodíku z bezemisní elektřiny. Platí se za to prostředím kyseliny na anodě, ve kterém většina dostupných oxidů nevydrží. Přehledová práce v Nature Catalysis z prosince 2024 to říká přímo: elektrolyzéry tohohle typu se opírají o vzácné iridium nebo ruthenium, protože mnoho levných a hojných katalyzátorů „nesnese tvrdé provozní podmínky“ – a o cestách jejich rozpadu se podle autorů ví málo. Překlad je náš.

Iridia je málo a nedá se ho vytěžit víc na přání: vzniká jako vedlejší produkt při těžbě platiny. Bernhard Wortmann, Detlef Stolten a Heidi Heinrichs odhadují ve studii z Journal of Industrial Ecology, zveřejněné 18. května 2026, roční produkci na asi 7,5 tuny. Podle jejich scénářů by splnění klimatických cílů znamenalo spotřebovat kolem 30 % světové roční produkce iridia a nedostatek by mohl nastat už kolem roku 2030.

Kolik iridia elektrolyzér spotřebuje, se rychle mění

Tady se zdroje rozcházejí. World Platinum Investment Council, sdružení producentů platiny, tvrdil už v červnu 2023, že iridium žádnou překážkou není. Uváděl, že tehdejší dávkování bylo 400 kg iridia na gigawatt kapacity, výrobci ale předjednávali katalyzátory se 100 kg na gigawatt, což je o tři čtvrtiny méně; Johnson Matthey podle něj považoval za dosažitelných 80 kg na gigawatt do roku 2030 a Heraeus mířil na 30 kg na gigawatt do roku 2050. Roční nabídku iridia sdružení vyčíslilo na asi 250 000 trojských uncí, tedy zhruba 7,8 tuny, což s odhadem 7,5 tuny z Journal of Industrial Ecology sedí. Rozdíl mezi oběma stranami tedy není v tom, kolik iridia je, ale kolik ho bude potřeba – a to závisí na tom, jak tenkou vrstvu se povede nanést.

Ostatně ani nadšení pro vodík nejde jen nahoru. Americká geologická služba v přehledu nerostných surovin z února 2026 uvádí, že odhadovaná průměrná cena iridia klesla v roce 2025 o 9 %, na 4 400 dolarů za trojskou unci proti 4 810,40 dolaru v roce 2024. Jako možné důvody jmenuje vyšší produkci a „slábnoucí nadšení investorů pro trh s vodíkovou energií“.

Co v abstraktu není

Plné znění je za předplatným, takže tenhle text stojí na abstraktu, na datech o publikaci a na pracích, které článek cituje. A v abstraktu chybí dvě věci, na kterých u anodového katalyzátoru všechno stojí.

První je srovnání s iridiem. Přepětí 269 mV je o 181 mV nižší než u spinelového oxidu kobaltu, ne než u oxidu iridia – měřítkem je tu dosavadní kobalt, ne kov, který se má nahradit. Druhá je výdrž: kolik hodin katalyzátor v cele vydržel a s jakým poklesem, abstrakt neuvádí vůbec. Autoři píšou, že vrstvená struktura snižuje rozpouštění kobaltu, číslo k tomu ale nedávají.

Kobalt v kyselině má známou slabinu

Právě rozpouštění je u kobaltu v kyselině dobře popsaný problém, a to i u vzorků, které v testech vypadaly stabilně. Dvanáct chemiků ho v Journal of the American Chemical Society z 15. ledna 2025 rozebralo hmotnostní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem, zapojenou přímo za měřicí celu. Zjistili, že při stálém napětí se povrch oxidu pasivuje a kobalt odchází do roztoku pomalu, ale každá výraznější změna napětí rozpouštění znovu spustí.

Autoři z toho vyvozují nepříjemný závěr, který citujeme v překladu: prudké změny napětí obvykle nastávají při zapínání a vypínání elektrolyzéru a při delších odstávkách, a to by podle jejich zjištění vedlo k dramatickému rozpouštění katalyzátoru z oxidu kobaltu na anodě. Zapínání, vypínání a delší odstávky přitom podle téže práce k provozu těchhle cel běžně patří.

Nová fáze na tuhle výtku odpovídat může – tvrzení o nižším rozpouštění kobaltu je v abstraktu právě proto. Doložit se to ale dá jen měřením v režimu zapni a vypni, ne přepětím při 10 mA/cm². Podle nás je to údaj, na který se u téhle práce vyplatí čekat nejvíc; do té doby je to zajímavá krystalografie s dobrým výsledkem v cele, ne náhrada iridia.

Zdroje

Věda

Diskuse

Zatím tu nikdo nediskutuje.

Diskutovat mohou přihlášení čtenáři – přihlaste se nebo si založte účet.

← zpět na výpis