Un electrodo ofrece división industrial de agua de mar, ininterrumpida durante 10 días. Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju han encontrado una alternativa al bajo rendimiento de los catalizadores empleados en la división del agua. Este tipo de catalizadores electroquímicos, suelen ofrecer un bajo rendimiento provocado por la baja conductancia eléctrica que manifiestan las especies de oxihidróxido que se producen.
Barreras a superar en la escalabilidad de la división electroquímica
El estudio ha desarrollado un electrodo con una excelente actividad catalítica. A través del trabajo de los investigadores, se ha diseñado un electrodo con unión tipo schottky en la interfaz de Ni-W5N4 metálico y NiFeOOH semiconductor. El componente creado es óptimo para poder el desarrollo de la división industrial de agua de mar de manera ininterrumpida durante diez días.
En la producción de hidrógeno verde, se utilizan energías renovables. En la obtención de hidrógeno verde, es habitual emplear electrólisis, o división del agua en oxígeno e hidrógeno. Para la actividad del proceso de dividir el agua, se emplea una celda electroquímica que permite la división de oxígeno e hidrógeno. De esta forma, a través de la reacción provocada, se genera un resultado con una calidad óptima y con cero emisiones de carbono.
La reacción que se provoca en el sistema, ofrece una calidad óptima y cero emisiones de carbono
La baja conductividad, es una barrera para la escalabilidad de la división electroquímica. A causa de la escasa conductividad eléctrica de los catalizadores de oxihidróxido activos generados durante el proceso, esta técnica no ha adquirido relevancia comercial. Es decir, la baja conductividad, tiene en consecuencia una actividad catalítica limitada, lo cual dificulta las reacciones de evolución de hidrógeno y oxígeno en la célula.
Unión Schottky
Los investigadores han hallado una posible solución a las deficientes propiedades eléctricas. Con el liderazgo de Junhyeok Seo, los investigadores han logrado que las uniones Schottky sean la forma de solventar el reto observador para una eficiente división del agua.
Se utilizaron dos materiales específicos, uno de ellos un metal, el otro, un semiconductor. Se trata de nitruro metálico de níquel-tungsteno (Ni- W5N4) y un catalizador semiconductor de oxihidróxido de níquel-hierro (NiFeOOH) de tipo n. Como indica Seo, se aprovechó la barrera de energía que ofrece la unión Schottky para acelerar el flujo de electrones en el electrodo. Como resultado, se incrementó de forma considerable la actividad de la reacción de evolución de oxígeno y, por tanto, acelerando también la división del agua.
La unión Schottky ofrece una barrera de energía que acelera el flujo de electrones en el electrodo
La unión Schottky anula la laminación no conductora de las especies de oxihidróxido. A través de la división electrocatalítica del agua, se comprobó cómo la aleación Ni-W5N4 catalizó la reacción de desprendimiento de hidrógeno. Asimismo, se observó que la densidad de corriente era de 10 mA/cm2 con un reducido sobrepotencial de 11 mV. Además, en polarización directa, se obtuvo una densidad de corriente de 11 mA/cm2 y un sobrepotencial de 181 mV. A este respecto, un análisis electroquímico manifestó que la mejora de la actividad catalítica podría estar causada por la unión schottky.
Aplicación del sistema en agua de mar
Una vez comprobadas las características del dispositivo, se utilizó agua de mar. Con el fin de realizar electrólisis industrial con agua procedente del mar, se desarrolló un electrolizador a partir del electrodo de unión schottky. Una vez configurado, los investigadores comprobaron que podía llegar a realizar su operación durante diez días de forma continua ofreciendo una óptima actividad catalítica. Los resultados fueron sorprendentes puesto que ofreció una densidad de corriente de 100 mA/cm2 con un sobrepotencial de 230 mV.
El diseño creado puede suponer una alternativa futura a los métodos convencionales. Los sistemas que actualmente se emplean de forma común, dependen en gran medida de combustibles fósiles. Por ello, en opinión del equipo investigador, los resultados obtenidos apuntan a que este estudio puede ser un avance para nuevas formas de obtención de hidrógeno sostenible.
Los sistemas actuales dependen en gran medida de combustibles fósiles
El agua del mar es abundante y renovable. Como indica Seo, el agua del mar es una fuente de protones y, contando con sistemas eficientes de división de agua, se garantiza una producción sostenible de hidrógeno sin carbono. De esta forma, manifiesta el investigador, estaríamos ayudando a contribuir con la sostenibilidad medioambiental.
Conclusión
El hidrógeno verde es el combustible del futuro. Como podemos comprobar por la investigación que en este artículo se expone y las diversas investigaciones que recientemente se han realizado al respecto del hidrógeno verde, este elemento es necesario para un futuro más sostenible. Mejorar el proceso de división de agua para obtener hidrógeno verde a partir de agua de mar, es avanzar en el desarrollo de un sistema de producción que reduzca nuestra dependencia de los combustibles fósiles.
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