Por qué se necesitan catalizadores:
* sobrepotencial: La electrólisis del agua requiere un voltaje más alto que teóricamente predicho debido a las barreras de energía involucradas en las reacciones en los electrodos. Este exceso de voltaje se llama sobrepotencial.
* Cinética de reacción: Los catalizadores ayudan a acelerar la velocidad de las reacciones en los electrodos, reduciendo el voltaje requerido y mejorando la eficiencia.
Tipos de catalizadores:
* electrodos:
* Platinum (PT): Altamente efectivo tanto para la reacción de evolución de hidrógeno (HER) como para la reacción de evolución de oxígeno (OER). Sin embargo, el platino es costoso.
* Iridium (IR) y Ruthenium (Ru): Estos también son buenos catalizadores para REA y a menudo se usan en combinación con platino.
* níquel (ni): Una alternativa menos costosa al platino, a menudo utilizada en la electrólisis alcalina.
* Iron (Fe) y Cobalt (CO): Se puede usar como catalizadores, a menudo en combinación con otros metales u óxidos.
* Catalizadores de metales no preciosos: Los investigadores están explorando alternativas rentables como óxidos metálicos, sulfuros, fosfuros y materiales a base de carbono.
* Electrolitos:
* electrolitos alcalinos (KOH o NaOH): A menudo se usa con catalizadores a base de níquel.
* Electrolitos ácidos (H2SO4 o HCl): Más comúnmente utilizado con metales grupales de platino como catalizadores.
* Membranas electrolíticas de polímero (PEM): Utilizado en la electrólisis de membrana de intercambio de protones, típicamente con catalizadores a base de platino.
Factores que afectan el rendimiento del catalizador:
* Área de superficie: Una superficie más grande proporciona sitios más activos para las reacciones.
* Estructura electrónica: Las propiedades electrónicas del catalizador pueden influir en su capacidad para facilitar la transferencia de electrones.
* Estabilidad: El catalizador debe ser estable en el entorno de electrólisis.
* Costo: El costo del catalizador es un factor crucial para aplicaciones prácticas.
Investigación y desarrollo:
Se realiza una investigación extensa para desarrollar catalizadores más eficientes, duraderos y rentables para la electrólisis del agua. Esto incluye:
* nanomateriales: Desarrollo de catalizadores nanoestructurados para aumentar la superficie y la actividad catalítica.
* Materiales híbridos: Combinando diferentes materiales para crear efectos sinérgicos.
* Modelado computacional: Uso de simulaciones por computadora para predecir y diseñar nuevos catalizadores.
En resumen:
Los catalizadores son cruciales para mejorar la eficiencia y la economía de la electrólisis del agua. Si bien los metales grupales de platino son altamente efectivos, los investigadores están desarrollando alternativas activamente para hacer que esta tecnología sea más asequible y accesible para una amplia gama de aplicaciones.
