La electrólisis de agua alcalina se ha promocionado como un camino para establecer una economía de hidrógeno mediante la conversión de energías renovables intermitentes en energía química limpia basada en hidrógeno.

Sin embargo, La tecnología actual ha logrado solo bajas densidades de corriente y eficiencias de voltaje.

Para hacer que la electrólisis sea más ingeniosa, un equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) asociado con la Universidad de California, Santa Cruz y otras dos instituciones para desarrollar un electrodo impreso en 3D que disminuya los problemas que ocurren con las burbujas de gas que se generan en el proceso.

Una clave para hacer que la electrólisis logre una mayor densidad de corriente se reduce a las burbujas de gas creadas en el proceso. Las burbujas a menudo se mezclan, atascarse y quedar atrapado, haciéndoles difícil escapar.

"Este nuevo electrodo elimina las burbujas de gas más rápido. No desea que las burbujas queden atrapadas en el material; desea poder sacarlas lo más rápido posible y utilizarlas como fuente de combustible. "dijo el científico de materiales de LLNL, Cheng Zhu, el autor principal de LLNL de un artículo que aparece en Materiales energéticos avanzados .

La arquitectura única impresa en 3D del nuevo electrodo suprimió la coalescencia de burbujas de gas, interferencia y atrapamiento, y dio como resultado una rápida liberación de burbujas. El equipo descubrió que la densidad de corriente era 50 veces mejor que la del estándar de laboratorio.

El equipo también utilizó simulaciones para averiguar cómo se forma el gas, cómo escapa y la velocidad a la que escapa. Debido a que no puede ver este proceso dentro de un electrodo, las simulaciones fueron fundamentales en el diseño.

"El modelado nos ayudó a descubrir la ciencia fundamental de los fenómenos que vimos suceder, "dijo Rongpei Shi, el científico de materiales de LLNL que realizó las simulaciones. "Los electrodos no son transparentes, por lo que no se puede mirar allí y ver lo que está sucediendo. La plataforma controlada y el modelado no tienen precedentes para descubrir la física que ocurre dentro del electrodo".

El trabajo demuestra un nuevo enfoque para el diseño de electrodos 3-D para permitir el transporte y la liberación rápidos de burbujas para mejorar la actividad catalítica total del electrodo a densidades de corriente comercialmente relevantes.

"Se ha trabajado mucho en el extremo material de la electrólisis, buscando materiales catalizadores de electrodos. Lo que este equipo demostró es que la arquitectura real de los componentes es igual de importante, especialmente a altas tasas de producción, "dijo Brandon Wood, Líder del programa asociado de LLNL para materiales de energía computacional y de hidrógeno en la División de Ciencia de Materiales y coautor del artículo.