La superficie de los electrodos de platino cambia mucho más durante el uso de lo que se pensaba anteriormente. En una colaboración entre los Institutos de Química y Física de Leiden, los químicos Leon Jacobse, Yi-Fan Huang y Marc Koper, y el físico Marcel Rost han podido demostrarlo por primera vez. Publicación en Materiales de la naturaleza .

Los electrodos de platino son el núcleo de los electrolizadores, que convierten la electricidad en hidrógeno, y de pilas de combustible, que convierten el hidrógeno en electricidad; estos son dispositivos que jugarán un papel clave en la provisión de energía sostenible, en aplicaciones como los coches de hidrógeno. Hay un problema sin embargo, es decir, que el rendimiento de los electrodos de platino disminuye con el uso, lo que significa que los electrodos deben reemplazarse periódicamente. Este es un negocio costoso, por lo que los fabricantes están tratando de desarrollar mejores electrodos. Sin embargo, carecen de los conocimientos fundamentales para poder idear alternativas efectivas.

Los investigadores ahora han revelado parte del proceso de rugosidad de los electrodos de platino a diferentes voltajes. aunque se necesita más investigación para comprender completamente este proceso. Esta información ayudará a los fabricantes a desarrollar electrodos que tengan una vida útil más larga.

Los experimentos se basaron en un electrodo modelo de platino:una superficie monocristalina de platino del tamaño de un céntimo de euro que tiene una estructura atómica muy regular. Primero aumentando el potencial eléctrico del electrodo y luego disminuyéndolo, el platino se oxida y reduce sucesivamente, por el que se forman óxidos en la superficie, y posteriormente reducir. Hasta cierto punto, esto es comparable con lo que sucede cuando se enciende y apaga una celda de combustible o un electrolizador.

Un aspecto novedoso de esta investigación es que durante cada experimento no solo se midió la corriente, pero también se observó simultáneamente el cambio de la superficie del platino a nivel atómico, utilizando un microscopio de túnel de barrido construido en casa. Medir y observar son generalmente dos actividades separadas que tienen lugar en diferentes etapas, pero combinarlos brinda a los investigadores una oportunidad única de comprender el proceso paso a paso.

Los investigadores observaron en los experimentos que, después de ocho ciclos de aumento y disminución de voltaje, numerosas islas diminutas de platino en 2-D se formaron sobre el platino original más o menos plano. Después de una treintena de ciclos, las islas se han expandido tanto que cubren casi toda la superficie original. Después de eso, aumentan aún más con cada ciclo, particularmente en altura, hasta 170 ciclos.

Hasta la fecha, tanto los investigadores como los fabricantes de electrodos prepararon un electrodo de platino limpio aplicando alrededor de 20 ciclos. Aunque hay quienes todavía piensan que los electrodos permanecen lisos, siempre ha habido indicios de que debe producirse algún tipo de rugosidad. La investigación de Leiden proporciona mucha información sobre qué tan rugosa es realmente la superficie y cómo se desarrolla, y también demuestra que este proceso de rugosidad continúa.

Otro hallazgo sorprendente es que la reactividad del electrodo aumenta al principio más rápidamente que el crecimiento de las islas, y que después de esto la rugosidad aumenta aún más, pero la reactividad permanece constante, Hasta que, como se esperaba, después de unos 20 ciclos se igualan. Los investigadores de Leiden esperan que la investigación de seguimiento les ayude a explicar esto. También quieren estudiar qué sucede con la estructura del electrodo de platino mientras se produce simultáneamente una reacción electroquímica continua. comparable con la situación en una pila de combustible o electrolizador en la práctica.