El hidrógeno verde es ampliamente considerado como un combustible importante para una futura transición energética que puede ayudar a impulsar la descarbonización de sectores industriales enteros y combatir el cambio climático en el proceso. Entre muchos métodos de producción de hidrógeno, se puede obtener hidrógeno ecológico y de alta pureza mediante la electrólisis del agua.
Nuevo diseño promete catalizador de mayor eficiencia para el hidrógeno verde.
La división del agua utilizando electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEMWE) se considera un método prometedor para generar hidrógeno verde. Sin embargo, el desarrollo de PEMWE de alto rendimiento y larga vida útil se ve obstaculizado por el entorno de ácido fuerte de las membranas de intercambio de protones. Solo los electrocatalizadores a base de iridio pueden ser utilizados, ya que este elemento puede soportar las duras condiciones ácidas que se producen durante la reacción.
En la actualidad, es difícil que los catalizadores de óxido de iridio comerciales logren una alta actividad y estabilidad al mismo tiempo en la electrólisis del agua mediante PEMWE.
Ahora, expertos de la Universidad de Adelaide han demostrado que el óxido de iridio con una estructura de orden corto asistido por agua de red es un electrocatalizador para la reacción de evolución del oxígeno (OER, por sus siglas en inglés) en la oxidación estable del agua ácida. El equipo afirma que el mecanismo asistido por agua de red, que es una forma de organizar las moléculas de agua en un patrón específico, aumenta la eficiencia de un catalizador de óxido de iridio en un 5-12%, lo que se traduce en una mayor producción de energía mientras se consume menos energía.
Los investigadores encontraron que el mecanismo de OER modificado asistido por agua de red no muestra una degradación aparente después de 5700 horas (alrededor de 8 meses) de pruebas en una celda de tres electrodos. Es importante destacar que mantiene una excelente actividad después de 600 horas de operación de PEMWE con agua pura a 60°C con una carga de iridio menor que un conjunto de electrodos de membrana comercial (MEA).
Con el mecanismo de intercambio de oxígeno asistido por agua de red que muestra la posibilidad de lograr una mayor eficiencia y estabilidad en un electrolizador de membrana de intercambio de protones, la cantidad de iridio puede reducirse y el costo de producir hidrógeno verde puede disminuir de manera eficiente.
Nuestros hallazgos no solo verifican la viabilidad de un catalizador anódico de iridio de baja carga para PEMWE, sino que también proporcionan nuevas ideas para modificar el mecanismo de intercambio de oxígeno en el diseño de catalizadores de alta eficiencia para la reacción de evolución del oxígeno (OER). Con un hidrógeno verde más económico, se podría construir una sociedad neutral en carbono lo antes posible y se podrían reducir eficientemente los problemas relacionados con el clima.
Yao Zheng, profesor asociado.
Los investigadores concluyen que el intercambio de oxígeno asistido por agua de red es, por lo tanto, beneficioso en la práctica para el diseño de electrocatalizadores anódicos de alto rendimiento para PEMWE. Los hallazgos serán de interés para investigadores y fabricantes en el diseño de equipos y aplicaciones.
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