La novedosa tecnología de electrolizadores de agua con membranas de intercambio aniónico (AEMWEs) de alto rendimiento compensa la desventaja del alto coste de la tecnología convencional de electrólisis del agua.
La electrólisis es un componente clave del coste del hidrógeno verde, un equipo coreano afirma haber logrado un gran avance con una membrana de intercambio aniónico que no sólo es mucho más barata que la actual tecnología de intercambio de protones, sino que ofrece un rendimiento un 20% superior.
Electrólisis.
La electrólisis es el proceso de división del agua en hidrógeno y oxígeno, y cuando se alimenta de energía renovable, se produce hidrógeno verde.
El hidrógeno verde está llamado a desempeñar un papel importante en la carrera hacia las cero emisiones, ya que ofrece una alta densidad energética que lo convierte en una opción atractiva en varios sectores difíciles de descarbonizar en las que las baterías no tienen sentido.
Normalmente, los electrolizadores usan membranas de intercambio de protones (PEM), en las que un ánodo y un cátodo en un material electrolítico están separados por una membrana diseñada para permitir el paso de iones de hidrógeno con carga positiva al ser atraídos por el cátodo. Aquí se combinan con los electrones para formar gas hidrógeno, que se recoge, y el oxígeno se libera en el ánodo.
El problema son los materiales; el entorno ácido que requieren las PEM suele requerir metales caros como el platino, el rutenio o el iridio en sus electrodos, así como el titanio en sus placas separadoras.
Membranas de intercambio aniónico.
Una tecnología de electrólisis alternativa que se está investigando son las membranas de intercambio aniónico (MIA), en las que la membrana separadora permite el paso de iones OH- cargados negativamente. Éstos son atraídos hacia el ánodo, donde se combinan para formar moléculas de oxígeno y agua, mientras los átomos de hidrógeno gravitan hacia el cátodo para ser recogidos como gas H2.
Los AEM pueden funcionar en condiciones alcalinas, por lo que no necesitan metales nobles caros, por lo que los materiales usados son unas 3.000 veces menos costosos. Los AEM, una tecnología relativamente joven, no han tenido éxito comercial en la electrólisis de hidrógeno porque no funcionan tan bien y no duran tanto.
Nueva AEM
Ahora, un equipo del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) afirma haber probado un nuevo conjunto de membrana y electrodo que supera en seis veces a los anteriores AEM y los supera en al menos 10 veces. Es más, tiene incluso un 20% más de rendimiento que la tecnología PEM actual.
El equipo de investigación desarrolló materiales de intercambio aniónico (membrana electrolítica y aglutinante del electrodo) basados en el poli(fluorenil-co-aril piperidinio) (PFAP) con una alta conductividad iónica y durabilidad en condiciones alcalinas, aumentando la superficie específica dentro de la estructura y, basándose en esta tecnología, se desarrolló un conjunto de electrodos de membrana. El material desarrollado representó una excelente durabilidad de más de 1.000 h de funcionamiento y ha logrado un nuevo récord de rendimiento de la célula de 7,68 A/cm2. Esto supone unas seis veces el rendimiento de los materiales de intercambio aniónico existentes y unas 1,2 veces el de la costosa tecnología comercial PEMWE (6 A/cm2).
Los electrolizadores PEM suelen durar unas 50.000 horas, es decir, 5,7 años. Así que, aunque el equipo del KIST parece haber hecho un gran avance en relación con la duración de cien horas de los electrolizadores AEM existentes, todavía no ha demostrado una durabilidad igual o superior a la de los PEM actuales. E incluso si el material es capaz, demostrarlo llevará otros cinco años y pico en el banco de pruebas. Es un obstáculo difícil.
Aun así, el nuevo material de la membrana puede encontrar otros usos mientras tanto.
«El material desarrollado«, afirma el profesor Young Moo Lee, de la Universidad de Hanyang, «tiene un gran potencial de aplicación como material básico no sólo para la electrólisis del agua, sino también para las pilas de combustible de hidrógeno, la utilización de la captura de carbono y las pilas de combustible de amoníaco directas, que son la próxima generación de la industria del hidrógeno«.
Vía A game changer in water electrolysis technolo | EurekAlert!
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