Ammoniak (NH3) ist ein vielversprechender Energieträger für die Speicherung und Nutzung erneuerbarer Energien. Die künstliche Synthese von NH3 aus seinen Elementen erfordert harsche Reaktionsbedingungen (400–500 °C, 10–30 MPa), da N2 inert und unpolar ist und eine starke N≡N-Bindung aufweist. Die Synthese von NH3 unter milden Bedingungen ist immer noch eine Herausforderung.
Kürzlich hat Assoc. Prof. Cao Hujun, Gao Wenbo und ihre Mitarbeiter vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinese Academy of Sciences (CAS) haben ein neues Verfahren zur Ammoniaksynthese unter Verwendung von Li2NH als N-Träger über die Methode des elektrogetriebenen chemischen Looping vorgeschlagen.
Diese Studie wurde veröffentlicht in ACS Energiebriefe.
Die Forscher führten diese elektrogetriebene chemische Looping-Ammoniaksynthese (ECLAS) in einer eutektischen LiCl-NaCl-KCl-Elektrolysezelle unter Verwendung eines Nickelschaums als Elektrode durch.
Die Zufuhr von elektrischer Energie verbesserte nicht nur die Hydrierungsrate von Li2NH, sondern förderte auch die Stickstofffixierungsreaktion von LiH. Darüber hinaus war die durchschnittliche Ammoniakproduktionsrate dieses ECLAS-Prozesses fast achtmal höher als die des thermisch angetriebenen CLAS-Prozesses.
Sie fanden heraus, dass der Prozess zwei elektrochemische Reaktionen umfasste, eine war die Nitrierung von LiH zur Bildung von Li2NH und die andere die Hydrierung von Li2NH zur Herstellung von Ammoniak und zur Regenerierung von LiH. Dies unterschied sich von dem berichteten Li3N-vermittelten elektrochemischen Ammoniaksyntheseprozess, der dreistufige Reaktionen beinhaltete: Li-Ion wurde zu Li reduziert, Li fixierte Distickstoff, um Li3N zu bilden, und Li3N wurde dann protoniert, um Ammoniak und Li+ zu produzieren.
„Dieser ECLAS-Prozess hat eine niedrigere theoretische Betriebsspannung als der Li3N-vermittelte elektrochemische Ammoniaksyntheseprozess und könnte bei so niedrigen Spannungen wie 2,0 V arbeiten“, sagte Cao.
Mehr Informationen:
Sheng Feng et al., Electrodriven Chemical Looping Ammonia Synthesis Mediated by Lithium Imide, ACS Energiebriefe (2023). DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02730