En un paso significativo hacia la producción de hidrógeno a gran escala, Los investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado un catalizador de bajo costo que puede acelerar la división del agua para producir gas hidrógeno.

La división del agua utilizando electricidad es un método ampliamente explorado para generar gas hidrógeno, una fuente de energía limpia para pilas de combustible, codiciada desde hace mucho tiempo, baterías y vehículos de emisión cero. Una de las dos reacciones principales involucradas en este proceso, llamada reacción de evolución del oxígeno, es notoriamente lenta, restringiendo la eficiencia general. Los investigadores se han centrado en desarrollar mejores catalizadores, materiales que pueden acelerar la reacción sin dejar de ser neutrales. Los catalizadores más eficientes en la actualidad están hechos de metales preciosos como el rutenio y el platino, que son caros y raros.

Un equipo de IISc ha desarrollado ahora un catalizador de bajo costo combinando óxido de cobalto con sales de fosfato de sodio. El costo del material es más de doscientas veces menos costoso que el catalizador de dióxido de rutenio de última generación actual, y la velocidad de reacción también es más rápida, dice Ritambhara Gond, Estudiante de doctorado en el Centro de Investigación de Materiales (MRC), IISc, quién es el primer autor del artículo publicado en Angewandte Chemie .

"Este material puede ser muy útil para aplicaciones a gran escala en muchos dispositivos, como baterías de metal-aire, celdas de combustible, etc., " ella dice.

El estudio fue dirigido por Prabeer Barpanda, Profesor asistente en MRC, IISc, y realizado en colaboración con investigadores del Centro Jawaharlal Nehru de Investigación Científica Avanzada (JNCASR).

Cuando el agua se divide usando electricidad en presencia de un catalizador, Los átomos de hidrógeno reciben electrones de un electrodo para formar gas hidrógeno, mientras que en el electrodo opuesto, se libera gas oxígeno (reacción de evolución de oxígeno). Los investigadores se han centrado en gran medida en acelerar esta última reacción. Los catalizadores hechos de metales de platino o rutenio son los más eficientes en esto, como desperdician la menor cantidad de energía, y las velocidades de reacción son más altas. Su costo y escasez, sin embargo, dificulta su aplicación a gran escala.

Desarrollar alternativas de bajo costo, el equipo de IISc recurrió a sales llamadas metafosfatos, que han sido previamente probados para aplicaciones de almacenamiento de energía pero no para catálisis. Los investigadores asaron metafosfato de sodio y óxido de cobalto en presencia de gas argón en un horno privado de oxígeno. Esto creó una "hoja" de carbono parcialmente quemado sobre la que se esparcieron cristales hechos de óxido de cobalto enmarcados por metafosfato de sodio.

"Los metafosfatos forman un marco fuerte y mantienen intactos estos óxidos de cobalto, mostrando una alta estabilidad después de la actividad catalítica, ", dice Gond. Esto permitiría que el catalizador retenga su actividad durante varios ciclos, conduciendo a una durabilidad a largo plazo. La presencia del lecho de carbono también aumentó la conductividad del catalizador, y por tanto su eficacia, ella dice.

En comparación con otros catalizadores, los investigadores encontraron que la densidad de corriente, una medida de la rapidez con la que puede ocurrir la reacción, era más alta para su catalizador que incluso el dióxido de rutenio, indicando una actividad catalítica superior.

"Ahora estamos planeando probar este catalizador en baterías de metal-aire y dispositivos de división de agua, "dice Gond.