Ciencia.-Nueva electrólisis del agua en dos etapas para producir hidrógeno

Científicos chinos han desarrollado nuevos electrodos que mejorarán significativamente la eficiencia y la estabilidad de la electrólisis de agua en dos etapas para la producción de hidrógeno.

Se trata de electrodos avanzados de hidróxido de níquel dopados con cobalto y catalizadores de metales no nobles, cuya investigación se presenta en las revistas Chemical Engineering Journal y Journal of Colloid and Interface Science.

Los electrolizadores alcalinos tradicionales enfrentan problemas como el desajuste con las fuentes de energía renovables fluctuantes y la mezcla de hidrógeno y oxígeno a alta presión, lo que limita sus aplicaciones. La electrólisis de agua en dos etapas supera estos problemas al separar completamente la producción de hidrógeno y oxígeno en el tiempo y el espacio utilizando un electrodo bipolar, eliminando la necesidad de un costoso separador de membrana.

La clave es desarrollar materiales de electrodos bipolares de alto rendimiento y diseños de celdas eficientes. Sin embargo, los electrodos de hidróxido de níquel de uso común tienen limitaciones en términos de capacidad de amortiguación eléctrica y estabilidad de carga/descarga.

Los investigadores utilizaron un método de electrodeposición de un solo paso para fabricar electrodos bipolares flexibles de hidróxido de níquel dopados con cobalto sobre tela de carbono. El dopaje con cobalto mejoró la conductividad y el rendimiento del almacenamiento electrónico, y evitó la producción parásita de oxígeno durante la producción de hidrógeno.

También desarrollaron catalizadores de metales no nobles, incluidos electrodos bifuncionales de óxido de cobalto/níquel-cobalto dopados con molibdeno y compuestos de hierro inducidos por plasma, que mostraron una alta durabilidad y actividad. Estos electrodos permitieron la producción de hidrógeno y oxígeno en diferentes momentos y lugares al cambiar la dirección de la corriente, lo que resultó en voltajes de celda bajos, alta eficiencia de desacoplamiento y alta eficiencia de conversión de energía.

Para mejorar los electrodos de hidróxido doble en capas (LDH), que sufren de capacidad limitada y mala conductividad/estabilidad, los investigadores utilizaron tecnología de plasma no térmico para fabricar electrodos LDH de níquel-cobalto dopados con nitrógeno y LDH de óxido de grafeno reducido/níquel-cobalto dopados con nitrógeno, que mejoraron significativamente la capacidad y la conductividad.

La electrólisis de agua en dos etapas es prometedora para el almacenamiento de hidrógeno a gran escala y para aplicaciones como estaciones base 5G y centros de datos. «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», afirmó el profesor Chen Changlun, del Hefei Institutes of Physical Science.