El iridio es un catalizador ideal para la producción electrolítica de hidrógeno a partir del agua, pero es extremadamente costoso. Pero ahora un nuevo tipo de electrodo hecho de material altamente poroso hace un excelente trabajo con solo una pizca de iridio.
Hoy, el camino real hacia la electrólisis efectiva del agua para la producción de gas hidrógeno en los denominados electrolizadores de membrana de intercambio de protones PEM es reducir la cantidad de iridio metálico altamente activo catalíticamente pero asustar y al mismo tiempo mantener elsalida de hidrógeno. En este tipo de celda electrolítica, los iones de hidrógeno migran a través de una membrana de intercambio de protones desde el ánodo productor de oxígeno al cátodo productor de hidrógeno. La técnica basada en membrana ofrece muchas ventajas. La membrana recubierta de catalizador es muy delgada, lo que hace queLa celda electrolítica en sí es pequeña y más versátil, y la ausencia de un electrolito líquido significa que todo el sistema no requiere prácticamente mantenimiento. Estas celdas también permiten la producción de hidrógeno a presiones elevadas, facilitando y disminuyendo la demanda de energía para un mayor almacenamiento como gas comprimido. Finalmente, carga dinámicaEl funcionamiento con la tecnología PEM es posible para reaccionar a las fluctuaciones de la corriente disponible en segundos.h lo hace adecuado para el acoplamiento a fuentes de energía renovables.
Pero la tecnología también tiene un inconveniente importante. La formación de oxígeno en el ánodo depende del uso de óxido de iridio IrO 2 como catalizador.IrO 2 es un promotor muy estable y eficiente de esta reacción. El problema es que el iridio en sí mismo es más raro que el oro o incluso el platino, y es al menos tan caro como este último. Se han hecho muchos intentos para encontrar una alternativa, pero nadaenfoques aún probados la estabilidad a largo plazo y la actividad catalítica del óxido de iridio.
Solo una pizca de iridio es suficiente
Ahora Ludwig-Maximilian-Universitaet LMU en químicos con sede en Munich involucrados en la conversión electrónica del Clúster de Excelencia, en colaboración con un equipo de Forschungszentrum Jülich, han logrado aumentar el rendimiento de hidrógeno en un factor de 8 relativoa un electrodo de referencia comercial mediante el uso de un material novedoso y altamente poroso como catalizador.Este éxito implica que debería ser posible desarrollar una celda electrolítica que logre la misma eficiencia que los sistemas actuales basados en iridio, pero requiere solo un 10% de iridio.
El nuevo electrodo se desarrolló en el marco de la Red de Investigación Kopernikus Power-2-X, financiada por el Ministerio Federal de Educación e Investigación. Sus características de diseño y rendimiento se describen en un documento publicado en la revista Materiales funcionales avanzados . El sistema utiliza un novedoso soporte oxídico de alta porosidad sobre el cual el iridio se puede dispersar uniformemente como una película delgada, que es fácilmente accesible para las moléculas de agua y exhibe una alta actividad catalítica.
Carga del catalizador en cada poro
El equipo sintetizó por primera vez micropartículas de óxido de estaño dopadas con antimonio nanoestructuradas y conductoras. Estas partículas proporcionan un armazón altamente poroso para la unión del catalizador de iridio. Luego prepararon una suspensión coloidal acuosa de nanopartículas de óxido de iridio, que fueron cargadas en las micropartículas porosas porsignifica una reacción solvotérmica a alta temperatura y presión. Esto resultó en la reducción de las partículas de óxido de iridio a Ir metálico. Un paso final de oxidación térmica condujo a la formación de nanopartículas de óxido de iridio dentro de los poros del andamio metálico.La microscopía confirmó que cada última cavidad del andamio estaba recubierta con una película delgada del catalizador. Y, de hecho, los electrodos recubiertos con el nuevo material pasaron la prueba final con gran éxito. En términos de actividad, es decir, generación de hidrógeno, la eficiencia porgramo de iridio unido excedió el de un PEM disponible comercialmente en no menos de ocho veces.
Como señala el primer autor del artículo, Daniel Böhm, el procedimiento de síntesis tiene una gran ventaja. "Ahora podemos centrarnos en optimizar cada parámetro individualmente. Los factores relevantes que pueden ajustarse incluyen la composición, estructura y tamaño de poro del material,su conductividad y el nivel de carga con iridio. Al final obtendremos un sistema altamente activo y totalmente optimizado. Todos los pasos en la ruta sintética también son compatibles con las demandas de la producción a escala industrial, por lo que el enfoque podría estar listo paraaplicación técnica en un tiempo relativamente corto "
El material utilizado actualmente en electrolizadores comerciales debe cumplir con estándares muy altos para garantizar un funcionamiento estable durante muchos años. Los proyectos futuros que abordarán este problema ya están planificados, dice la profesora Dina Fattakhova-Rohlfing de Forschungszentrum Jülich. "Primero, nosotrosqueremos sintetizar catalizadores aún más estables con la ayuda de nuevas nanoarquitecturas. Y luego nos gustaría investigar cómo se comportan las propiedades de estos materiales cuando se someten a condiciones operativas durante períodos de tiempo más largos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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