Catalizador Revolucionario Aumenta Dramáticamente la Eficiencia de Producción de Hidrógeno Verde

Instituto de Investigación de Estándares y Ciencia de Corea, Daejeon, Corea del Sur

Un investigador operando el sistema de electrólisis de agua usando los catalizadores recién desarrollados. (Imagen: Instituto de Investigación de Estándares y Ciencia de Corea)

El hidrógeno verde, producido a través de electrólisis de agua, es una fuente de energía ecológica de próxima generación ya que no genera contaminantes como dióxido de carbono durante la producción. Los catalizadores juegan un papel crucial en el proceso de electrólisis de agua, dividiendo el agua en hidrógeno y oxígeno. La eficiencia de la producción de hidrógeno verde depende en gran medida del rendimiento de estos catalizadores. Por lo tanto, la comercialización del hidrógeno verde depende del desarrollo de catalizadores rentables capaces de mantener alto rendimiento durante períodos extendidos.

Investigadores en Corea han desarrollado con éxito un nuevo material que aumenta significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno verde mientras reduce costos.

El Instituto de Investigación de Estándares y Ciencia de Corea (KRISS) ha desarrollado un catalizador de metal base de alto rendimiento para uso en electrólisis de agua de membrana de intercambio aniónico (AEM). El catalizador recién desarrollado no solo es más asequible que alternativas basadas en metales preciosos, sino que también exhibe un rendimiento superior, acercando la comercialización del hidrógeno verde un paso más.

Actualmente, los sistemas de electrólisis de agua AEM dependen predominantemente de catalizadores de metales preciosos como platino (Pt) e iridio (Ir). Sin embargo, el alto costo de estos materiales y su susceptibilidad a la degradación aumentan significativamente el costo de producción de hidrógeno. Para superar este desafío, el desarrollo de catalizadores de metal base duraderos y asequibles es esencial.

El Grupo de Metrología de Materiales Emergentes de KRISS ha logrado desarrollar catalizadores de metal base introduciendo una pequeña cantidad de rutenio (Ru) en una estructura de dióxido de molibdeno con molibdeno de níquel (MoO2-Ni4Mo). Si bien el dióxido de molibdeno ofrece alta conductividad eléctrica, su uso como catalizador de electrólisis de agua ha sido limitado debido a la degradación en ambientes alcalinos.

A través de análisis estructural exhaustivo, los investigadores identificaron la adsorción de ion hidroxilo (OH-) en dióxido de molibdeno como la causa principal de degradación.

Basándose en estos hallazgos, idearon un método para incorporar rutenio en una proporción óptima para prevenir la degradación del dióxido de molibdeno. Las nanopartículas de rutenio resultantes, midiendo menos de 3 nanómetros, forman una capa delgada en la superficie de los catalizadores, previniendo la degradación y mejorando la durabilidad.

Las evaluaciones de rendimiento revelaron que los catalizadores recién desarrollados ofrecen cuatro veces la durabilidad y más de seis veces la actividad comparados con materiales comerciales existentes.

Además, cuando se integran con una celda solar tándem perovskita-silicio, los catalizadores lograron una notable eficiencia solar-a-hidrógeno del 22,8 por ciento, destacando su fuerte compatibilidad con fuentes de energía renovable.

Los catalizadores también demostraron alta actividad y estabilidad en agua salina, produciendo hidrógeno de alta calidad. Esta capacidad se espera que reduzca significativamente los costos asociados con la desalinización.

La Dra. Sun Hwa Park, Investigadora Principal en el Grupo de Metrología de Materiales Emergentes de KRISS, dijo: "Actualmente, producir hidrógeno verde requiere agua purificada, pero usar agua de mar real podría reducir sustancialmente los costos asociados con la desalinización. Planeamos continuar nuestra investigación en esta área".

Esta investigación fue apoyada por el Programa MPI Lab de KRISS y realizada en colaboración con el equipo del Profesor Ho Won Jang en la Universidad Nacional de Seúl y el equipo del Dr. Sung Mook Choi en el Instituto de Ciencia de Materiales de Corea.

Los hallazgos fueron publicados en la edición de julio de Applied Catalysis B: Environmental and Energy (IF: 20,2), una revista líder en el campo de la ingeniería química.

Para más información, contacte a Eunhye Bae en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita tener JavaScript habilitado para verla..