El proceso de electrólisis del agua es un sistema que produce hidrógeno electrolizando el agua. Es una tecnología ecológica que puede producir combustible de hidrógeno, una fuente de energía del futuro, sin emitir contaminantes ambientales, pero sus limitaciones incluyen la baja eficiencia de producción de hidrógeno y los altos costos de producción. Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) ha publicado una investigación en Advanced Materials. eso resolvió ambos problemas a la vez.
Un equipo de investigación colaborativo compuesto por el profesor Jong Kyu Kim, Jaerim Kim, un candidato a doctorado, el profesor Yong-Tae Kim y el doctor Sang-Mun Jung del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de POSTECH ha logrado desarrollar una solución económica y Catalizador de electrólisis de agua eficiente que supera las limitaciones de los catalizadores convencionales mediante el uso de un método de deposición en ángulo oblicuo y níquel (Ni).
Los procesos de electrólisis del agua emplean metales preciosos costosos como el platino como catalizadores para la producción de hidrógeno, lo que hace que el proceso sea excesivamente costoso. Además, el uso de catalizadores de película delgada convencionales a menudo da como resultado una separación inadecuada de las burbujas de hidrógeno, lo que provoca bloqueos en los sitios activos del catalizador o dificulta el movimiento de los reactivos, lo que en última instancia disminuye la eficiencia del proceso.
En respuesta a estos desafíos, el equipo de investigación optó por la deposición en ángulo oblicuo y el níquel. Esta técnica implica inclinar el sustrato durante la deposición para crear fácilmente diversas nanoestructuras del material, lo que ofrece una solución sencilla y económica. Además, el níquel destaca como un catalizador de metales no preciosos abundante en la Tierra, lo que demuestra una eficiencia relativamente alta en la generación de hidrógeno.
El equipo utilizó un método de deposición en ángulo oblicuo para sintetizar níquel con protuberancias de nanobarras alineadas verticalmente y finamente elaboradas. A diferencia de las nanoestructuras convencionales que simplemente aumentan el área de superficie del catalizador, los investigadores diseñaron una matriz de nanobarras de níquel altamente porosa, que presenta propiedades superficiales superaerofóbicas únicas para resolver los problemas de adherencia del hidrógeno.
Los resultados experimentales revelaron que las burbujas de hidrógeno generadas durante el proceso de electrólisis exhibieron una separación acelerada de las burbujas de hidrógeno de la superficie superaerófoba. El catalizador tridimensional superaerófobo de nanobarras de níquel del equipo, con canales de poros eficaces, demostró una notable mejora de 55 veces en la eficiencia de producción de hidrógeno en comparación con una cantidad equivalente de níquel en una estructura de película delgada tradicional.
El profesor Jong Kyu Kim y el Ph. D. Jaerim Kim, que lideran la investigación, explicaron:"Al mejorar la eficiencia del proceso de electrólisis del agua para la producción de hidrógeno verde, estamos avanzando hacia una economía del hidrógeno y una sociedad neutra en carbono. Este avance no "Solo beneficia la electrólisis del agua, pero también es prometedora para otras aplicaciones de energía renovable donde las reacciones superficiales desempeñan un papel crucial, como la reducción de dióxido de carbono y los sistemas de conversión de energía luminosa".
Más información: Jaerim Kim et al, Reacción eficiente de evolución de hidrógeno alcalino utilizando nanoarrays de Ni superaerófobos con liberación acelerada de burbujas de H2, Materiales avanzados (2023). DOI:10.1002/adma.202305844
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang
