Hidrógeno verde: la "hoja artificial" mejora bajo presión
Los hallazgos pueden aumentar la eficacia de los dispositivos electroquímicos y fotocatalíticos
El hidrógeno puede producirse mediante la división electrolítica del agua. Una opción es el uso de fotoelectrodos que convierten la luz solar en tensión para la electrólisis en las llamadas células fotoelectroquímicas (células PEC). Un equipo de investigadores de HZB ha demostrado que la eficacia de las células PEC puede aumentar considerablemente bajo presión.
Algunos lo llaman "hoja artificial": en lugar del complejo fotosistema II que las hojas verdes utilizan en la naturaleza para dividir el agua con la luz solar, las células fotoelectroquímicas, o células PEC para abreviar, utilizan fotoelectrodos artificiales inorgánicos para generar la tensión necesaria para la división electrolítica del agua a partir de la luz solar.
Minimizar las pérdidas
Los dispositivos más eficaces ya alcanzan eficiencias de conversión de energía de hasta el 19%. Con eficiencias tan altas, las pérdidas debidas a la formación de burbujas empiezan a desempeñar un papel importante. Esto se debe a que las burbujas dispersan la luz, impidiendo la iluminación óptima del electrodo. Además, las burbujas pueden impedir que el electrolito entre en contacto con la superficie del electrodo y provocar así una desactivación electroquímica. Para minimizar estas pérdidas, sería útil reducir el tamaño de las burbujas haciendo funcionar el dispositivo a mayor presión. Sin embargo, todos los dispositivos PEC descritos hasta ahora han funcionado a presión atmosférica (1 bar).
Aumentar la presión
Un equipo del Instituto de Combustibles Solares de la HZB ha investigado ahora la división del agua a presión elevada en condiciones relevantes para la PEC. Utilizaron gas para presurizar las celdas de flujo PEC a entre 1 y 10 bares y registraron diversos parámetros durante la electrólisis. También desarrollaron un modelo multifísico del proceso PEC y lo compararon con datos experimentales a presión normal y elevada.
Este modelo permite ahora jugar con los parámetros e identificar las palancas clave. "Por ejemplo, investigamos cómo afecta la presión de funcionamiento al tamaño de las burbujas de gas y a su comportamiento en los electrodos", explica el Dr. Feng Liang, primer autor del trabajo que ahora se publica en Nature Communications.
Pérdidas de energía reducidas a la mitad
El análisis muestra que el aumento de la presión de funcionamiento a 8 bares reduce a la mitad la pérdida total de energía, lo que podría suponer un aumento relativo del 5-10 por ciento en la eficiencia global. "Las pérdidas por dispersión óptica pueden evitarse casi por completo a esta presión", explica Liang. "También observamos una reducción significativa del cruce de productos, especialmente la transferencia de oxígeno al contraelectrodo".
A presiones más altas, sin embargo, no hay ninguna ventaja, por lo que el equipo sugiere de 6 a 8 bares como rango óptimo de presión de funcionamiento para los electrolizadores PEC. "Estos resultados, y en particular el modelo multifísico, pueden extenderse a otros sistemas y nos ayudarán a aumentar la eficiencia de los dispositivos electroquímicos y fotocatalíticos", afirma el profesor Roel van de Krol, director del Instituto de Combustibles Solares de HZB.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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