Las imágenes de neutrones revelan el potencial de optimización para la conversión de CO₂
Investigación de alta precisión en condiciones de funcionamiento realistas
El gas de efecto invernadero nocivo para el medio ambiente dióxido de carbono, o CO₂ para abreviar, puede convertirse en valiosos productos químicos como monóxido de carbono (CO) o etanol mediante reducción electroquímica - electrólisis. Estos pueden utilizarse como materias primas para la industria o para el suministro sostenible de energía. Sin embargo, un obstáculo clave para la estabilidad a largo plazo de esta tecnología es la gestión del agua y las sales dentro de la célula electrolítica en la que tiene lugar la reacción química.
El equipo de investigación dirigido por el Dr. Joey Disch y el PD Dr. Severin Vierrath de Hahn-Schickard y la Universidad de Friburgo, en colaboración con el Instituto francés Laue-Langevin de Grenoble, ha realizado importantes avances en la comprensión de la distribución del agua durante la electrólisis del CO₂. Su estudio se publicó por primera vez en ACS Energy Letters y ahora aparece en el número de febrero de Nature Catalysis. El estudio utiliza imágenes de neutrones de alta resolución -uno de los métodos más potentes para investigar directamente el transporte de agua en electrolizadores- para visualizar los mecanismos de transporte durante el funcionamiento pulsado de un electrolizador de CO₂. Con una resolución espacial de 6 μm, este método permite una investigación muy precisa de la distribución del agua y la formación de sales en condiciones de funcionamiento realistas (400 mA cm-² a un voltaje de célula de 3,1 V y una eficiencia Faradaic para CO del 95%). A diferencia de los rayos X, los neutrones penetran fácilmente incluso en los componentes metálicos, al tiempo que hacen muy visibles el hidrógeno y, por tanto, las estructuras que contienen agua.
Los resultados muestran una estabilización significativa del electrolizador durante el funcionamiento pulsado, en el que el potencial de la célula se ajusta periódicamente a un potencial por debajo del inicio de la reducción durante un breve periodo de tiempo. Las imágenes de neutrones proporcionan una explicación para la estabilización e ilustran que durante las breves interrupciones en el funcionamiento, el contenido de agua en la capa de difusión de gas aumenta, lo que promueve la descomposición de los depósitos salinos obstructivos.
La reducción electroquímica del CO₂ abre perspectivas prometedoras para una transformación sostenible de la industria química. En particular, la electrólisis de CO₂ para la producción de monóxido de carbono está en el umbral de la aplicación industrial: las células de electrólisis con membranas de intercambio aniónico ya impresionan por su notable eficiencia gracias a la gestión optimizada de los reactantes y a la minimización de las pérdidas por resistencia. Así pues, estos hallazgos proporcionan información valiosa para optimizar el diseño y el funcionamiento de los electrolizadores de CO₂, mejorando su eficiencia y estabilidad a largo plazo, y facilitando la eliminación del nocivo gas de efecto invernadero CO₂ del medio ambiente.
Fuente de financiación y agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por la Fundación Vector (CO2-to-X) y se basa en parte en trabajos anteriores financiados por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (ErUM Pro 05K19VFA, NeutroSense). Los autores agradecen al Instituto Laue-Langevin (ILL) la realización del experimento de radiografía de neutrones.
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.
Publicación original
Marçal Capdevila-Cortada; "Pulsed electrolysis through neutron lenses"; Nature Catalysis, Volume 8, 2025-2-26
Luca Bohn, Josephine Häberlein, Frederik Brendel, Lukas Metzler, Lukas Helfen, Alessandro Tengattini, Carolin Klose, Severin Vierrath, Joey Disch; "High-Resolution Neutron Imaging of Water Transport in CO2 Electrolysis during Pulsed Operation"; ACS Energy Letters, Volume 10, 2025-1-26
Más noticias del departamento ciencias
