Facilitar la evolución del oxígeno
Un electrodo fabricado con burbujas de metales baratos y abundantes en tierra con potencial para la producción de combustible ecológico
Una espuma metálica podría sustentar un método de bajo coste para generar combustibles sin carbono, según han demostrado investigadores de la KAUST. El equipo recubrió sin problemas la espuma con nanomateriales de hierro y cobalto para crear un electrodo muy activo para un dispositivo que divide las moléculas de agua para liberar oxígeno e hidrógeno, un potencial combustible verde.
Los investigadores de la KAUST han creado un electrodo de bajo coste que puede dividir las moléculas de agua, liberando oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo.
© 2022 KAUST; Hasan Tahini.
Debido a la naturaleza intermitente de la electricidad eólica y solar, es necesario desarrollar métodos para convertir la electricidad renovable en un combustible libre de carbono que pueda almacenarse y transportarse para su posterior uso. "La división electroquímica del agua se considera una vía pragmática para alcanzar este objetivo", afirma Pravin Babar, postdoc del laboratorio de Cafer Yavuz, que dirigió la investigación. Un dispositivo electroquímico puede utilizar electricidad renovable para romper las moléculas de agua, liberando oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo.
Los dispositivos actuales de alto rendimiento para dividir el agua se basan en electrodos fabricados con metales raros y caros, lo que limita su implantación y uso generalizados. "Nuestra motivación es sustituir el ánodo de metales preciosos en los sistemas de separación de agua, reduciendo los costes y fomentando una cómoda producción en masa sin comprometer el rendimiento", afirma Babar. "Hemos desarrollado una estrategia de ingeniería de interfaz que utiliza materiales más rentables que demuestran un rendimiento casi a la par que los ánodos estándar basados en metales preciosos".
Mediante un enfoque sencillo, rápido y escalable de química húmeda, el equipo hizo crecer nanoplanchas bidimensionales de hidróxido de cobalto y hierro (CoFe-OH) sobre sustratos de espuma de níquel, y luego depositó nanopartículas de oxihidróxido de hierro (FeOOH) sobre la superficie. Al utilizar la deposición de nanomateriales para diseñar la interfaz entre el electrodo y el agua, el equipo creó un material que combinaba una alta conductividad eléctrica con una elevada superficie cubierta con abundantes sitios activos para la producción de oxígeno molecular (O2). El material también demostró ser robusto, ya que no se detectó una disminución del rendimiento tras 50 horas de uso continuo.
"Por su notable rendimiento en la reacción de evolución de oxígeno, su cinética y su estabilidad a largo plazo con una alta densidad de corriente, en comparación con otros catalizadores de los que se ha informado recientemente, nuestro material es el candidato más adecuado para un electrodo de reacción de evolución de oxígeno de bajo coste", afirma Babar.
Las ganancias de rendimiento sinérgicas conseguidas al combinar perfectamente los nanomateriales en un único material de electrodo fueron una agradable sorpresa, afirma Yavuz. "Esta es nuestra primera incursión en el hidrógeno renovable a partir de la electrólisis del agua", afirma. "Nuestro objetivo es desarrollar un sistema sostenible para la división general del agua, no sólo la reacción de evolución del oxígeno", añade. "Estamos muy contentos de que nuestros diseños funcionen y esperamos tener un dispositivo prototipo que funcione en unos años".
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