El avance permite proteger los componentes de los electrolizadores frente a la corrosión sin perder conductividad, abriendo la puerta a equipos más baratos y eficientes.
- 🔬 Un 88 % menos de platino: los investigadores han reducido el espesor del recubrimiento de referencia de 200 a solo 24 nanómetros.
- ⚡ Conductividad conservada: la capa ultrafina mantuvo sus buenas propiedades eléctricas después de los ensayos electroquímicos.
- 🛡️ Protección frente a la corrosión: el recubrimiento evitó prácticamente la liberación de iones metálicos durante las pruebas.
- 💰 Componentes costosos: las placas bipolares pueden representar hasta el 30 % del coste total de un sistema de electrólisis PEM.
- 🌱 Aplicación potencial: el descubrimiento abre una vía para fabricar electrolizadores de hidrógeno con menor consumo de metales preciosos.
La producción de hidrógeno verde podría abaratarse gracias a un descubrimiento de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien). Sus investigadores han demostrado que es posible reducir hasta un 88 % la cantidad de platino utilizada en determinados recubrimientos protectores de los electrolizadores, sin comprometer su resistencia a la corrosión ni su conductividad eléctrica en las condiciones estudiadas. El avance podría contribuir a reducir uno de los costes asociados a la fabricación de estos equipos.
El problema del platino en la producción de hidrógeno verde
La electrólisis del agua permite obtener hidrógeno mediante electricidad. Cuando esta procede de fuentes renovables, como la energía solar o eólica, el proceso puede producir hidrógeno con una huella de carbono considerablemente inferior a la de los métodos convencionales basados en combustibles fósiles.
Entre las tecnologías disponibles destacan los electrolizadores de membrana de intercambio protónico (PEM), especialmente interesantes por su capacidad para responder a las variaciones de suministro eléctrico de las energías renovables.
Sin embargo, su funcionamiento plantea importantes desafíos relacionados con la resistencia de los materiales.
Durante la electrólisis se generan condiciones electroquímicas agresivas que pueden deteriorar los componentes metálicos. Algunos materiales se disuelven progresivamente, mientras que otros desarrollan capas de óxido que dificultan el paso de la corriente eléctrica.
Uno de los elementos más importantes son las placas bipolares, responsables de proporcionar estabilidad mecánica, conducir electricidad y facilitar la circulación del agua y los gases dentro del sistema.
El titanio es un material adecuado para fabricarlas debido a su resistencia a la corrosión. No obstante, presenta un inconveniente: su superficie puede desarrollar una capa de óxido que aumenta la resistencia eléctrica.
Para evitarlo, las placas se recubren con platino, un metal precioso que combina una elevada conductividad eléctrica con una excelente resistencia química.
El problema es su elevado precio, que incrementa el coste de fabricación de los electrolizadores.
Una capa de platino de apenas 24 nanómetros
El equipo de la Universidad Técnica de Viena, con la participación del investigador Helmut Riedl-Tragenreif, decidió estudiar una cuestión fundamental: ¿cuánto platino es realmente necesario para proteger adecuadamente las placas de titanio?
Hasta ahora, determinados recubrimientos industriales utilizan espesores de varios cientos de nanómetros.
Los científicos analizaron sistemáticamente el comportamiento de capas mucho más delgadas, sometiéndolas a condiciones electroquímicas exigentes.
Los resultados revelaron una diferencia decisiva entre dos espesores experimentales:
- 8 nanómetros: el recubrimiento sufrió daños importantes, aparecieron defectos y aumentó la liberación de metales al electrolito.
- 24 nanómetros: la superficie permaneció prácticamente intacta, conservó su conductividad y mostró una liberación muy reducida de iones metálicos.
Tomando como referencia una capa convencional de 200 nanómetros, el espesor de 24 nanómetros supone utilizar únicamente el 12 % del platino inicial.
Esto equivale a una reducción potencial del 88 % del metal precioso empleado en ese recubrimiento, siempre que se mantengan las mismas condiciones de superficie y fabricación.
Para comprender la escala del descubrimiento, un nanómetro equivale a una milmillonésima parte de un metro. La capa protectora desarrollada tiene, por tanto, un espesor de apenas 0,000024 milímetros.
Por qué una capa demasiado fina puede destruirse
La investigación no se limitó a comprobar si los recubrimientos conducían electricidad correctamente al principio de su funcionamiento.
Los científicos también estudiaron cómo evolucionaban después de soportar esfuerzos electroquímicos, utilizando técnicas de caracterización de alta resolución para identificar defectos microscópicos.
Los resultados permitieron comprender un mecanismo de deterioro que puede desencadenarse cuando el recubrimiento protector presenta discontinuidades.
Si aparece una pequeña abertura en la capa de platino, el titanio situado debajo queda expuesto al entorno electroquímico.
Esto favorece la formación de óxidos y puede provocar la aparición de pequeñas burbujas de oxígeno en la interfaz entre ambos materiales.
Las tensiones mecánicas generadas pueden deteriorar todavía más el recubrimiento, provocar desprendimientos y dejar nuevas zonas de titanio desprotegidas.
Se inicia así un proceso de degradación progresiva que puede comprometer la vida útil del componente.
La clave no consiste simplemente en utilizar menos platino, sino en mantener una película suficientemente continua y resistente para impedir que comience ese proceso.
Qué ahorro económico podría conseguirse
El potencial económico de este descubrimiento está relacionado con la reducción del consumo de materiales críticos en los sistemas de electrólisis.
El platino es un recurso limitado cuya extracción y procesamiento requieren operaciones mineras e industriales intensivas en energía y materiales.
Reducir su utilización permitiría disminuir la dependencia de este metal y, potencialmente, el impacto ambiental asociado a su suministro.
También podría facilitar la fabricación de componentes más competitivos, especialmente si la tecnología se aplica a grandes superficies y volúmenes industriales.
Sin embargo, conviene distinguir entre el ahorro de material y el ahorro económico final.
Reducir un 88 % el platino de una capa protectora no significa abaratar un 88 % el electrolizador ni el hidrógeno producido.
El coste total de estos equipos también depende de las membranas, los catalizadores, los sistemas eléctricos, los procesos de fabricación y otros componentes auxiliares.
Además, el recubrimiento protector estudiado no debe confundirse con los catalizadores de platino que participan directamente en las reacciones electroquímicas.
Por tanto, el ahorro económico real dependerá del peso que tenga este recubrimiento en el coste de fabricación, de la técnica utilizada para depositarlo y de su comportamiento durante años de funcionamiento.
El siguiente desafío: demostrar su durabilidad industrial
Aunque los resultados son prometedores, los investigadores advierten de que el espesor óptimo no tiene por qué ser idéntico en todos los electrolizadores.
La uniformidad del recubrimiento, el método de fabricación, las características de la superficie y las condiciones de funcionamiento pueden modificar su resistencia a largo plazo.
Una capa extremadamente delgada puede resultar adecuada en determinadas condiciones experimentales, pero necesitar verificaciones adicionales antes de utilizarse de forma generalizada en equipos comerciales.
Entre los aspectos que deberán evaluarse destacan la fabricación reproducible sobre placas de mayor tamaño, la estabilidad durante miles de horas de funcionamiento y el comportamiento frente a ciclos repetidos de encendido, apagado y variación de potencia.
Estas pruebas serán especialmente relevantes para instalaciones conectadas a fuentes renovables, donde la producción eléctrica puede variar a lo largo del día.
Una mejora de materiales con potencial para el hidrógeno renovable
La investigación demuestra que mejorar el diseño de los materiales existentes puede ser tan importante como desarrollar nuevos catalizadores o tecnologías de electrólisis.
En lugar de sustituir completamente el platino, los científicos han identificado una oportunidad para utilizarlo de manera mucho más eficiente.
Este enfoque podría resultar especialmente interesante para la producción de hidrógeno destinado a aplicaciones industriales difíciles de electrificar directamente, como determinados procesos químicos y siderúrgicos.
No obstante, el precio del hidrógeno renovable seguirá dependiendo en gran medida del coste de la electricidad, del rendimiento del electrolizador y de sus horas anuales de utilización.
El estudio, publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, aporta una base experimental para optimizar los recubrimientos protectores de los electrolizadores PEM y avanzar hacia sistemas que requieran menos recursos críticos.
Más información: Arno Gitschthaler y colaboradores (2026). Toward Low-Pt PEMWE Components: Determining the Minimum Thickness of Pt Protection Coatings on Titanium BPP. ACS Applied Materials & Interfaces. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.6c08743
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