El agua de mar podría ser la fuente de alimentación perfecta para el combustible sostenible:es renovable, abundante, económica y contiene exactamente los ingredientes adecuados para producir hidrógeno de alta calidad. El inconveniente es que contiene ingredientes menos deseables, como el cloro, que dificultan la tecnología de conversión. Es posible que un equipo de investigación internacional haya desarrollado una plataforma de procesamiento alternativa que obtenga todos los beneficios sin los problemas causados ​​por el cloro de los intentos anteriores.

Publicaron sus resultados el 6 de septiembre de 2022 en Nano Research Energy .

"La electrólisis del agua de mar es un enfoque extremadamente atractivo para recolectar energía de hidrógeno limpia, pero las especies de cloro perjudiciales, como el cloruro o el hipoclorito, causan una corrosión severa en el ánodo", dijo el autor correspondiente Xuping Sun, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China. y en la Universidad Normal de Shandong.

La electrólisis consiste en aplicar una carga eléctrica al agua y dividir sus componentes, produciendo hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se puede usar como combustible limpio que emite solo agua cuando se quema, en lugar del dañino dióxido de carbono que liberan los combustibles fósiles. El cátodo, o electrodo negativo, atrae el OH ^- y los ayuda a reducirse en las moléculas objetivo de dos átomos de hidrógeno.

Simultáneamente, el ánodo, o electrodo positivo, atrae las moléculas cargadas negativamente y les da electrones, haciendo que se oxiden. Sin embargo, en la electrólisis del agua de mar, el ánodo también atrae elementos de cloro cargados negativamente, que compiten con el OH ^- y puede corroer el electrodo más allá del uso.

Los electrodos utilizados en la electrólisis pueden estar hechos de una variedad de óxidos de metales nobles, óxidos sin metales nobles y óxidos multimetálicos, según Sun, pero casi todos dan como resultado los mismos problemas de competencia y corrosión con el cloruro.

"Entre las opciones de materiales, los hidróxidos dobles en capas se verifican como una alternativa prometedora para las reacciones deseadas debido a su composición ajustable, costos más bajos y buenas actividades catalíticas", dijo Sun.

Los materiales de hidróxidos dobles en capas son cristales laminares similares a la brucita compuestos de capas de hospedante positivas e intercapas de equilibrio de carga. Estas dos capas intercalan el agua y las partículas atraídas negativamente, como el cloruro.

"Investigaciones anteriores en nuestro grupo y en otros han demostrado que los hidruros dobles en capas de níquel-hierro ofrecen una actividad catalítica prometedora y reacciones de oxidación selectiva, pero la vida útil del material requiere mejoras", dijo Sun. "Esto podría lograrse inhibiendo las reacciones secundarias, como la corrosión por cloruro, y mejorando el intercambio de OH ^- , pero rara vez se ha logrado en este material una estabilidad a largo plazo de al menos 100 horas para una gran densidad de corriente".

Para lograr un electrodo más estable, los investigadores desarrollaron una matriz de hidruro doble en capas de níquel-hierro sobre tela de carbón, con partículas de benzoato, mejor conocido como conservante de alimentos cuando se usa con sodio, insertadas en las capas.

"En este trabajo, informamos que el enfoque logra una electrólisis de oxidación del agua de mar eficiente y estable", dijo Sun. "Curiosamente, los iones de benzoato cargados negativamente no solo actúan como un inhibidor de la corrosión con resistencia contra la (electro)química perjudicial del cloro, sino también como un aceptor de protones para aliviar la caída del pH de la solución local alrededor del electrodo de hidruros dobles en capas".

Además, los iones de benzoato también expanden el espacio entre capas del material, lo que permite que los electrolitos penetren y se difundan a través de él. La plataforma puede realizar una electrólisis satisfactoria de forma ininterrumpida durante 100 horas sin sufrir cambios estructurales evidentes, según Sun.

"Este diseño logra con éxito las múltiples necesidades de un ánodo hacia la oxidación eficiente y estable del agua de mar", dijo Sun. "Este trabajo no solo nos proporciona un catalizador robusto para la electrólisis de oxidación de agua de mar de alta actividad, sino que también puede abrir una vía emocionante para la ingeniería de superficies de materiales de catalizadores anódicos con una mayor durabilidad". + Explora más

Producción de hidrógeno a partir de agua de mar