Desarrollo de tecnologías para reducir el costo de la producción de hidrógeno verde

02 de junio de 2023 (Noticias de Nanowerk) El hidrógeno verde, que produce hidrógeno sin el uso de combustibles fósiles ni la emisión de dióxido de carbono, ha adquirido cada vez más importancia en los últimos años como parte de los esfuerzos por lograr una economía descarbonizada. Sin embargo, debido al alto coste de producción de los dispositivos de electrólisis del agua que producen hidrógeno verde, la viabilidad económica del hidrógeno verde no ha sido muy alta. El desarrollo de una tecnología que reduce drásticamente la cantidad de metales raros como el iridio y el platino utilizados en los dispositivos de electrólisis de agua con membranas de electrolitos poliméricos está abriendo el camino para reducir los costos de producción. Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Hyun S. Park y Sung Jong Yoo del Centro de Investigación de Hidrógeno y Pilas de Combustible del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) anunció que han desarrollado una tecnología que puede reducir significativamente la cantidad de platino y iridio, metales preciosos utilizados en la capa protectora de electrodos de dispositivos de electrólisis de agua con membrana de electrolito polimérico, y un rendimiento y durabilidad seguros a la par de los dispositivos existentes (Catálisis Aplicada B Ambiental, "Electrolizador de agua de alto rendimiento con uso mínimo de metales del grupo del platino: nanoestructuras de núcleo-cubierta de nitruro de hierro-óxido de iridio para una reacción de evolución de oxígeno estable y eficiente"). Forma de catalizador fabricada con la nueva tecnología (catalizador de iridio rojo/nitruro de hierro verde). (Imagen: Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología) En particular, a diferencia de estudios anteriores que se centraron en reducir la cantidad de catalizador de iridio manteniendo la estructura que utiliza una gran cantidad de platino y oro como capa protectora del electrodo, los investigadores reemplazaron el metal precioso. en la capa de protección del electrodo con nitruro de hierro económico que tiene una gran superficie y recubre uniformemente una pequeña cantidad de catalizador de iridio encima, lo que aumenta en gran medida la eficiencia económica del dispositivo de electrólisis. El dispositivo de electrólisis de agua con membrana de electrolito polimérico es un dispositivo que produce hidrógeno y oxígeno de alta pureza mediante la descomposición del agua utilizando electricidad suministrada por energía renovable como la energía solar, y desempeña un papel en el suministro de hidrógeno a diversas industrias, como la siderúrgica y la química. Además, para la conversión de energía resulta ventajoso almacenar energía renovable como energía de hidrógeno, por lo que aumentar la eficiencia económica de este dispositivo es muy importante para la realización de la economía del hidrógeno verde. En un dispositivo de electrólisis típico, hay dos electrodos que producen hidrógeno y oxígeno, y para el electrodo generador de oxígeno, que opera en un ambiente altamente corrosivo, se recubre oro o platino en la superficie del electrodo a 1 mg/cm.2 como capa protectora para asegurar durabilidad y eficiencia de producción, y 1-2 mg/cm2 de catalizador de iridio está recubierto en la parte superior. Los metales preciosos utilizados en estos dispositivos de electrólisis tienen reservas y producción muy bajas, lo que es un factor importante que obstaculiza la adopción generalizada de dispositivos de producción de hidrógeno ecológico. Esquema del proceso de fabricación de electrodos para este desarrollo. (Imagen: Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología) Para mejorar la economía de la electrólisis del agua, el equipo reemplazó los metales raros oro y platino utilizados como capa protectora para el electrodo de oxígeno en dispositivos de producción de hidrógeno con membrana de electrolito polimérico por nitruro de hierro económico (Fe).2NORTE). Para ello, el equipo desarrolló un proceso compuesto que primero recubre uniformemente el electrodo con óxido de hierro, que tiene baja conductividad eléctrica, y luego convierte el óxido de hierro en nitruro de hierro para aumentar su conductividad. El equipo también desarrolló un proceso que recubre uniformemente un catalizador de iridio de unos 25 nanómetros (nm) de espesor encima de la capa protectora de nitruro de hierro, reduciendo la cantidad de catalizador de iridio a menos de 0.1 mg/cm.2, dando como resultado un electrodo con alta eficiencia de producción de hidrógeno y durabilidad. El electrodo desarrollado reemplaza el oro o platino utilizado como capa protectora para el electrodo generador de oxígeno con nitruros de metales no preciosos mientras mantiene un rendimiento similar a las unidades de electrólisis comerciales existentes y reduce la cantidad de catalizador de iridio al 10% del nivel existente. Además, la unidad de electrólisis con los nuevos componentes fue operada durante más de 100 horas para verificar su estabilidad inicial. "Reducir la cantidad de catalizador de iridio y desarrollar materiales alternativos para la capa protectora de platino son esenciales para el uso económico y generalizado de dispositivos de producción de hidrógeno verde con membrana de electrolito polimérico, y el uso de nitruro de hierro económico en lugar de platino es de gran importancia", dijo Dr. Hyun S. Park de KIST. "Después de observar más a fondo el rendimiento y la durabilidad del electrodo, lo aplicaremos a dispositivos comerciales en un futuro próximo".

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63099.php