Un nuevo catalizador para separar el hidrógeno del agua de mar

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Un grupo de investigación de la Universidad de Houston ha diseñado un nuevo tipo de catalizador, el cual ha demostrado reducir el voltaje requerido para la electrólisis del agua, lo que podría resolver muchos de los problemas con la producción de hidrógeno directo del agua de mar.

Se ha demostrado que la separación del agua con agua dulce es muy eficiente, y ya existen aplicaciones comerciales para esta tecnología, que probablemente desempeñará un papel importante en la transición hacia un sistema energético más limpio.

Para el agua de mar, que representa alrededor del 96% del total de los recursos hídricos del mundo, el control de la reacción es más difícil. Los catalizadores que pueden separar el hidrógeno del agua también tienden a liberar otras partículas de sodio, cloro y otros elementos que se encuentran comúnmente en el agua de mar, y estos pueden depositarse en el catalizador, dañando su desempeño y causando que los electrodos simplemente se rompan.

Un trabajo anterior publicado por la Universidad de Stanford encontró que una capa cargada negativamente en el ánodo podría proteger eficazmente sus materiales centrales contra los cloruros encontrados en el agua de mar. El grupo de Houston, sin embargo, se decidió por un enfoque diferente y buscó un catalizador que pudiera alcanzar una alta densidad de corriente a bajo voltaje.

Luo Yu, investigador postdoctoral de la Universidad de Houston, señala que el voltaje es importante porque el hidrógeno puede ser producido a 1.23 V, mientras que el cloro requiere un voltaje de, al menos, 1.73 V. Por lo tanto, un dispositivo que produce la densidad requerida industrialmente a un voltaje entre estos dos es altamente deseable.

El catalizador de reacción de evolución de oxígeno diseñado por el grupo, descrito en Nature Communications, se basa en el nitruro metálico de transición, con nanopartículas hechas de un compuesto de níquel-hierro-nitruro y nanorobstáculos de níquel-molibdeno sobre espuma de níquel porosa.

Este catalizador se integró en un electrolizador de dos electrodos. Combinado con un catalizador de evolución de hidrógeno consistente en nanorobots de níquel-molibdeno, el dispositivo alcanzó densidades de corriente de 500 mA a 1.608 V, y 1000 mA a 1.707 V en agua de mar natural a una temperatura de 60 grados centígrados, la cual, según el grupo, es una cifra récord.

“Este descubrimiento representa un paso significativo en el desarrollo de un catalizador robusto y activo para utilizar la abundante materia prima de agua de mar del mundo para la producción de hidrógeno a gran escala mediante fuentes de energía renovables”, afirman los investigadores en Nature Communications.