Investigadores del UNIST han desarrollado un sistema fotoelectroquímico escalable y eficiente para producir hidrógeno solar comercialmente.
La producción de hidrógeno verde mediante el uso directo de la energía solar para «impulsar» la división del agua es uno de los logros más importantes en el campo de las tecnologías electroquímicas en la actualidad. Sin embargo, la mayoría de los fotoelectrolizadores propuestos hasta ahora son inestables debido a la corrosión de los materiales o ineficientes. Y los mejores resultados siguen estando limitados en pequeñas mediciones de laboratorio.
El nuevo sistema fotoelectroquímico propuesto por científicos del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan, Corea del Sur, podría revolucionar el campo.
El equipo investigó a fondo los desafíos asociados con la producción directa de hidrógeno solar, revendiendo la receta de las células PEC tradicionales. Pero, sobre todo, ha combinado todas las características deseadas en un solo producto: alta eficiencia de conversión de sol a H2, durabilidad, escalabilidad.
Tecnología fotoelectroquímica para la producción de hidrógeno
En la división fotoelectroquímica del agua, el hidrógeno se genera utilizando luz y semiconductores especializados, similares a los utilizados en la generación fotovoltaica pero inmersos en un electrolito a base de agua. Los rayos del sol son absorbidos por el semiconductor que actúa como ánodo de la célula y escinde las moléculas H2O.
Los reactores PEC pueden construirse en forma de paneles fotovoltaicos como sistemas de electrodos o como sistemas de partículas fotocatalíticas suspendidas. Las primeras son, con diferencia, las más estudiadas gracias a sus similitudes con las tecnologías fotovoltaicas. Los mayores retos que hay que resolver en este momento se refieren a: la eficiencia, que debe mejorarse mediante una mayor absorción de luz y una mejor catálisis superficial; durabilidad, que se optimizará mediante materiales resistentes a la corrosión y revestimientos protectores de la superficie; costes de producción, que se reducirán a través de materiales y procesos más baratos que los actuales.
Recientemente, se ha desarrollado una tecnología que resuelve el problema de la eficiencia hasta cierto punto, pero los resultados se han obtenido a partir de un pequeño dispositivo de laboratorio. Se necesita una expansión para que el marketing aumente su tamaño».
Jae-seong Lee, profesor UNIST
El fotoelectrolizador UNIST supera el 10% de eficiencia
Uno de los aspectos clave del avance de Corea del Sur es que han utilizado perovskita para su fotoelectrodo, un material bien conocido por su eficiencia fotovoltaica y relativamente barato. Sin embargo, por otro lado, como han demostrado las propias células solares, la mayoría de las perovskitas son particularmente sensibles a las tensiones ambientales. En particular a los rayos ultravioleta y la humedad. Sobre el papel, no es la mejor opción para un material que se va a utilizar bajo el agua.
¿La solución? El equipo produjo una perovskita más estable a los rayos UV, utilizando formamidinio como catión en la molécula en lugar del metilamonio tradicional. La superficie en contacto con el agua se selló completamente con papel de níquel para evitar la corrosión.
Y eso no es todo. El enfoque permitió aumentar el tamaño del fotoelectrodo. Por lo general, estos componentes miden menos de 1 metro cuadrado en trabajos de investigación y deben ampliarse unas 10.000 veces para alcanzar un tamaño práctico para un fotoelectrolizador comercial. Para ampliar su fotoánodo de perovskita, el equipo utilizó un «diseño basado en módulos», que coloca pequeños fotoelectrodos de cierto tamaño y luego los conecta horizontal y verticalmente. De esta manera, el dispositivo logró una eficiencia de conversión de hidrógeno solar de más del 10% (requisito mínimo para la comercialización), el valor más alto jamás alcanzado para un fotoelectrodo de gran área.
Vía UNIST
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