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    Avanzar en la electrólisis de alta temperatura:dividir el agua para almacenar energía en forma de hidrógeno

    Crédito:CC0 Public Domain

    Si bien las fuentes de energía como la eólica y la solar son excelentes para producir electricidad libre de emisiones, dependen del sol y del viento, por lo que la oferta no siempre satisface la demanda. Igualmente, Las plantas de energía nuclear operan de manera más eficiente a su máxima capacidad, por lo que la generación de electricidad no se puede aumentar o disminuir fácilmente para satisfacer la demanda.

    Por décadas, Los investigadores de la energía han intentado resolver un gran desafío:¿cómo se almacena el exceso de electricidad para que pueda ser devuelto a la red cuando sea necesario?

    Recientemente, Los investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho ayudaron a responder a ese desafío desarrollando un nuevo material de electrodo para una celda electroquímica que puede convertir de manera eficiente el exceso de electricidad y agua en hidrógeno. Cuando aumenta la demanda de electricidad, la celda electroquímica es reversible, convertir el hidrógeno de nuevo en electricidad para la red. El hidrógeno también podría usarse como combustible para el calor, vehículos u otras aplicaciones.

    Los resultados aparecieron en línea esta semana en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

    Los investigadores han reconocido desde hace mucho tiempo el potencial del hidrógeno como medio de almacenamiento de energía, dijo Dong Ding, un ingeniero / científico senior y líder del grupo de procesamiento químico en INL.

    "El gran desafío del almacenamiento de energía, con sus diversas necesidades de investigación y desarrollo, dio lugar a más oportunidades para el hidrógeno, ", dijo Ding." Estamos apuntando al hidrógeno como la energía intermedia para almacenar energía de manera eficiente ".

    Ding y sus colegas mejoraron un tipo de celda electroquímica llamada celda electroquímica de cerámica protónica (PCEC), que utiliza electricidad para dividir el vapor en hidrógeno y oxígeno.

    Sin embargo, en el pasado, estos dispositivos tenían limitaciones, especialmente el hecho de que operan a temperaturas tan altas como 800 grados C. Las altas temperaturas requieren materiales costosos y resultan en una degradación más rápida, haciendo que el costo de las celdas electroquímicas sea prohibitivo.

    En el papel, Ding y sus colegas describen un nuevo material para el electrodo de oxígeno:el conductor que facilita las reacciones de separación de agua y reducción de oxígeno simultáneamente. A diferencia de la mayoría de las celdas electroquímicas, este nuevo material, un óxido de un compuesto llamado perovskita, permite que la célula convierta hidrógeno y oxígeno en electricidad sin hidrógeno adicional.

    Previamente, Ding y sus colegas desarrollaron una arquitectura en forma de malla tridimensional para el electrodo que hizo que hubiera más superficie disponible para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Juntos, las dos tecnologías, el electrodo de malla 3-D y el nuevo material del electrodo, permitieron la autosostenibilidad, funcionamiento reversible de 400 a 600 grados C.

    "Demostramos la viabilidad del funcionamiento reversible del PCEC a temperaturas tan bajas para convertir el hidrógeno generado en modo de hidrólisis en electricidad, sin ningún suministro de hidrógeno externo, en una operación autosostenible, "Es un gran paso para la electrólisis de alta temperatura", dijo Ding.

    Mientras que los electrodos de oxígeno pasados ​​conducían solo electrones e iones de oxígeno, la nueva perovskita es de "triple conducción, "Ding dijo, lo que significa que conduce electrones, iones y protones de oxígeno. En terminos practicos, el electrodo de triple conducción significa que la reacción ocurre más rápida y eficientemente, por lo que la temperatura de funcionamiento se puede reducir manteniendo un buen rendimiento.

    Para Ding y sus colegas, el truco consistía en averiguar cómo agregar el elemento al material del electrodo de perovskita que le daría las propiedades de triple conducción, un proceso llamado dopaje. "Demostramos con éxito una estrategia de dopaje eficaz para desarrollar un buen óxido de triple conducción, que permite un buen rendimiento de la celda a temperaturas reducidas, "dijo Hanping Ding, científico de materiales e ingeniero del Grupo de Procesamiento Químico del Laboratorio Nacional de Idaho.

    En el futuro, Dong Ding y sus colegas esperan seguir mejorando la celda electroquímica combinando la innovación de materiales con procesos de fabricación de vanguardia para que la tecnología se pueda utilizar a escala industrial.


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