Los catalizadores aceleran las reacciones químicas, pero el platino metálico ampliamente utilizado es escaso y caro. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU / e), junto con el chino, Investigadores de Singapur y Japón, Ahora han desarrollado una alternativa con una actividad 20 veces superior:un catalizador con nanocajas huecas de una aleación de níquel y platino. El investigador de TU / e, Emiel Hensen, quiere utilizar este nuevo catalizador para desarrollar un electrolizador del tamaño de un refrigerador de unos 10 megavatios en el futuro. Los resultados se publicarán el 15 de noviembre en la revista Ciencias .

Para 2050, el gobierno nacional tiene como objetivo obtener casi todos los requisitos energéticos de los Países Bajos de fuentes sostenibles, como el sol o el viento. Debido a que estas fuentes de energía no están disponibles en todo momento, es importante poder almacenar la energía generada. Dada su baja densidad energética, Las baterías no son adecuadas para almacenar grandes cantidades de energía. Una mejor solución son los enlaces químicos, con el hidrógeno como la elección más obvia de gas. Usando agua, un electrolizador convierte (un exceso de) energía eléctrica en hidrógeno, que se puede almacenar. En una etapa posterior, una pila de combustible hace lo contrario, convertir el hidrógeno almacenado de nuevo en energía eléctrica. Ambas tecnologías requieren un catalizador para impulsar el proceso.

El catalizador que ayuda con estas conversiones, debido a su alta actividad, está hecho principalmente de platino. Pero el platino es muy caro y relativamente escaso; un problema si queremos utilizar electrolizadores y pilas de combustible a gran escala. Profesor de catálisis TU / e, Emiel Hensen dice:"Por lo tanto, compañeros investigadores de China desarrollaron una aleación de platino y níquel, lo que reduce los costos y aumenta la actividad ".

Un catalizador eficaz tiene una alta actividad; convierte más moléculas de agua en hidrógeno cada segundo. Hensen dice:"En TU / e, Investigamos la influencia del níquel en los pasos clave de la reacción y, con este fin, desarrollamos un modelo informático basado en imágenes de un microscopio electrónico. Con cálculos de química cuántica pudimos predecir la actividad de la nueva aleación, y pudimos entender por qué este nuevo catalizador es tan eficaz ".

Probado con éxito en una pila de combustible

Además de la otra opción de metal, los investigadores también pudieron realizar cambios significativos en la morfología. Los átomos del catalizador deben unirse con las moléculas de agua y / o oxígeno para poder convertirlos. Por lo tanto, más sitios de unión conducirán a una mayor actividad. Hensen dice:"Quieres tener la mayor cantidad posible de superficie metálica disponible. Se puede acceder a las nanojaulas huecas desarrolladas tanto desde el exterior como desde el interior. Esto crea una gran superficie, permitiendo que más material reaccione al mismo tiempo ". Además, Hensen ha demostrado con cálculos químicos cuánticos que las estructuras superficiales específicas de las nanojaulas aumentan aún más la actividad.

Después de los cálculos en el modelo de Hensen, resulta que la actividad de ambas soluciones combinadas es 20 veces mayor que la de los catalizadores de platino actuales. Los investigadores también han encontrado este resultado en pruebas experimentales en una pila de combustible. "Una crítica importante de gran parte del trabajo fundamental es que hace lo suyo en el laboratorio, pero cuando alguien lo pone en un dispositivo real, a menudo no funciona. Hemos demostrado que estos nuevos catalizadores funcionan en una aplicación real ".

La estabilidad de un catalizador debe ser tal que pueda seguir funcionando en un coche o una casa de hidrógeno durante los próximos años. Por lo tanto, los investigadores probaron el catalizador durante 50, 000 'vueltas' en la pila de combustible, y vio una disminución insignificante en la actividad.

Electrolizador en todos los distritos

Las posibilidades de este nuevo catalizador son múltiples. Tanto en forma de pila de combustible como en reacción inversa en un electrolizador. Por ejemplo, Las celdas de combustible se utilizan en automóviles impulsados ​​por hidrógeno, mientras que algunos hospitales ya tienen generadores de emergencia con celdas de combustible impulsadas por hidrógeno. Se puede utilizar un electrolizador, por ejemplo, en parques eólicos en el mar o quizás incluso al lado de cada aerogenerador. Transportar hidrógeno es mucho más económico que transportar electricidad.

El sueño de Hensen va más allá. Él dice, "Espero que pronto podamos instalar un electrolizador en cada vecindario. Este dispositivo del tamaño de un refrigerador almacena toda la energía de los paneles solares en los techos del vecindario durante el día como hidrógeno. Los gasoductos subterráneos transportarán hidrógeno en futuro, y la caldera de calefacción central doméstica será reemplazada por una pila de combustible, este último convierte el hidrógeno almacenado de nuevo en electricidad. Así es como podemos aprovechar al máximo el sol ".

Pero para que esto suceda el electrolizador todavía necesita experimentar un desarrollo considerable. Junto con otros investigadores de TU / e y socios industriales de la región de Brabante, Por lo tanto, Hensen participa en la puesta en marcha del instituto de energía de TU Eindhoven. El objetivo es escalar los electrolizadores comerciales actuales a un electrolizador del tamaño de un refrigerador de aproximadamente 10 megavatios.