El hidrógeno se está posicionando como una fuente de energía limpia que no emite carbono, atrayendo la atención de investigadores y empresas. Entre los métodos existentes, la electrólisis del agua, que separa el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando electricidad, se destaca como una opción respetuosa con el medio ambiente. Este artículo explora una innovadora tecnología de electrólisis que promete mejorar la producción de hidrógeno.
La electrólisis y su potencial
La electrólisis consiste en descomponer el agua en sus componentes básicos mediante un proceso electroquímico. En particular, la electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEMWE, por sus siglas en inglés) se considera una tecnología de producción de hidrógeno de próxima generación. Esta técnica es apreciada por su capacidad para generar hidrógeno de alta pureza a alta presión. Sin embargo, la comercialización de esta tecnología ha enfrentado retos significativos, principalmente por la dependencia de costosos catalizadores de metales preciosos y materiales de recubrimiento.
Desafíos de la tecnología actual
A pesar de su potencial, la tecnología PEMWE ha sido limitada por su alto costo. Los investigadores surcoreanos han abordado estos problemas técnicos y económicos desarrollando una nueva solución que reduce la necesidad de costosos recubrimientos de platino. El equipo, liderado por el profesor Hee-Tak Kim de la Universidad KAIST, ha creado un método que maximiza el rendimiento de los electrodos sin depender de metales preciosos.
Investigaciones innovadoras
La investigación se centró en el óxido de iridio (IrOx), un catalizador altamente activo en los electrodos de electrólisis. Se descubrió que el rendimiento subóptimo de este material se debe a la resistencia en el transporte de electrones. Por primera vez, se demostró que la optimización del tamaño de las partículas del catalizador puede mejorar el rendimiento significativamente. Este hallazgo es fundamental, ya que muestra que un control adecuado del tamaño de las partículas puede facilitar el flujo de electrones y mejorar la conductividad del sistema.
Rediseño de la interfaz
Los investigadores identificaron un fenómeno conocido como «pinch-off», donde el camino de electrones se bloquea entre el catalizador, el ionómero y el sustrato de titanio. Este bloqueo se traduce en una reducción de la conductividad. La solución implicó la fabricación de catalizadores con diferentes tamaños de partículas. A través de evaluaciones en celdas únicas y simulaciones multifísicas, se evidenció que al utilizar partículas de IrOx de 20 nanómetros o más, se reduce la región del ionómero, facilitando un camino para los electrones.
Implicaciones futuras
El diseño meticuloso de la interfaz no solo mejoró la reactividad, sino que también logró optimizar el transporte de electrones. Este avance sugiere que es posible superar el compromiso previamente inevitable entre la actividad del catalizador y la conductividad. La investigación de Kim es un hito significativo que puede transformar la producción de hidrógeno, permitiendo una utilización más eficiente de los metales preciosos y facilitando la comercialización de sistemas de electrólisis de membrana de intercambio de protones que logran alta eficiencia.
Perspectivas del hidrógeno como energía
El profesor Kim subraya que esta nueva estrategia de diseño de interfaces puede resolver problemas de conductividad interfacial, que han sido un obstáculo en las tecnologías de electrólisis de alta eficiencia. Con el avance de esta tecnología, se abre un camino hacia una economía del hidrógeno más viable, donde la producción de hidrógeno limpio será accesible y menos costosa en el futuro.
