Científicos chinos han logrado un avance significativo en la producción de hidrógeno mediante el desarrollo de nuevos electrodos que mejoran la eficiencia y estabilidad de la electrólisis de agua en dos etapas. La investigación, publicada en las revistas Chemical Engineering Journal y Journal of Colloid and Interface Science, presenta electrodos avanzados de hidróxido de níquel dopados con cobalto y catalizadores de metales no nobles.
La electrólisis de agua en dos etapas supera las limitaciones de los electrolizadores alcalinos tradicionales, como el desajuste con fuentes de energía renovables fluctuantes y la mezcla de hidrógeno y oxígeno a alta presión. Esta técnica separa completamente la producción de hidrógeno y oxígeno en el tiempo y el espacio utilizando un electrodo bipolar, eliminando así la necesidad de costosos separadores de membrana. Sin embargo, para optimizar este proceso, es fundamental desarrollar materiales de electrodos bipolares de alto rendimiento y diseños de celdas eficientes.
Los investigadores chinos han dado un paso importante en esta dirección al fabricar electrodos bipolares flexibles de hidróxido de níquel dopados con cobalto sobre tela de carbono mediante un método de electrodeposición de un solo paso. El dopaje con cobalto mejora la conductividad y el rendimiento del almacenamiento electrónico, evitando además la producción parásita de oxígeno durante la generación de hidrógeno.
Catalizadores de metales no nobles
Además de los electrodos dopados con cobalto, los científicos desarrollaron catalizadores de metales no nobles, incluyendo electrodos bifuncionales de óxido de cobalto/níquel-cobalto dopados con molibdeno y compuestos de hierro inducidos por plasma. Estos catalizadores mostraron una alta durabilidad y actividad, permitiendo la producción de hidrógeno y oxígeno en diferentes momentos y lugares al cambiar la dirección de la corriente. Como resultado, se obtuvieron voltajes de celda bajos, alta eficiencia de desacoplamiento y una elevada eficiencia de conversión de energía.
Mejoras en los electrodos de hidróxido doble en capas (LDH)
Los electrodos de hidróxido doble en capas (LDH) presentan limitaciones en cuanto a capacidad y conductividad/estabilidad. Para superar estos desafíos, los investigadores utilizaron tecnología de plasma no térmico en la fabricación de electrodos LDH de níquel-cobalto dopados con nitrógeno y LDH de óxido de grafeno reducido/níquel-cobalto dopados con nitrógeno. Estas modificaciones mejoraron significativamente la capacidad y conductividad de los electrodos.
El profesor Chen Changlun, del Hefei Institutes of Physical Science, afirmó: "Nuestros indicadores de rendimiento para la electrólisis de agua en dos etapas para la producción de hidrógeno están sincronizados con indicadores avanzados a nivel mundial, lo que marca un paso importante hacia la operación industrial".
Aplicaciones y perspectivas futuras
La electrólisis de agua en dos etapas se perfila como una tecnología prometedora para el almacenamiento de hidrógeno a gran escala y para aplicaciones como estaciones base 5G y centros de datos. Los avances logrados por los científicos chinos en el desarrollo de electrodos de alto rendimiento y catalizadores de metales no nobles abren nuevas posibilidades para optimizar la producción de hidrógeno de manera eficiente y sostenible.
A medida que se continúe investigando y perfeccionando esta tecnología, se espera que la electrólisis de agua en dos etapas desempeñe un papel cada vez más importante en la transición hacia una economía basada en el hidrógeno. Los resultados obtenidos por los investigadores chinos constituyen un paso significativo en esa dirección, sentando las bases para futuros desarrollos y aplicaciones industriales.
¿Qué ventajas ofrece la electrólisis de agua en dos etapas frente a los métodos tradicionales?
La electrólisis de agua en dos etapas permite separar completamente la producción de hidrógeno y oxígeno en el tiempo y el espacio, evitando la mezcla de estos gases a alta presión y eliminando la necesidad de costosos separadores de membrana. Además, esta técnica se adapta mejor a las fuentes de energía renovables fluctuantes.
¿Qué papel desempeñan los electrodos de hidróxido de níquel dopados con cobalto en este proceso?
Los electrodos de hidróxido de níquel dopados con cobalto, fabricados mediante un método de electrodeposición de un solo paso, mejoran la conductividad y el rendimiento del almacenamiento electrónico. Además, evitan la producción parásita de oxígeno durante la generación de hidrógeno, optimizando así la eficiencia del proceso.
¿Cuáles son las perspectivas de aplicación de la electrólisis de agua en dos etapas?
La electrólisis de agua en dos etapas se presenta como una tecnología prometedora para el almacenamiento de hidrógeno a gran escala y para aplicaciones como estaciones base 5G y centros de datos. A medida que se continúe investigando y perfeccionando esta técnica, se espera que desempeñe un papel cada vez más importante en la transición hacia una economía basada en el hidrógeno.
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