- Científicos surcoreanos desarrollan un electrodo de níquel y cobalto sin platino, mejorando la eficiencia en la producción de hidrógeno verde.
- El nuevo electrodo muestra un rendimiento y durabilidad de clase mundial en la electrólisis del agua alcalina.
- La tecnología logra producción de hidrógeno a bajo sobrepotencial, demostrando un rendimiento excepcional.
- El electrodo podría operar junto con plantas de energía solar y eólica en el futuro.
Científicos surcoreanos han desarrollado un nuevo componente de bajo costo para producir hidrógeno verde a partir de agua y electricidad. El Korea Institute of Energy Research (KIER) ha creado un electrodo de níquel y cobalto sin platino, que puede realizar de manera efectiva la electrólisis del agua alcalina. Esta estructura de electrodo heterogénea de Ni/Co, que utiliza metales no preciosos, mejora el rendimiento de la electrólisis del agua alcalina y reduce los costos. Este avance tiene el potencial de eliminar una de las principales barreras económicas para la expansión global de la energía verde. El Dr. Kang Kyung-soo, investigador principal de KIER, afirmó: "Este estudio demuestra que los electrodos de metales no preciosos pueden lograr un rendimiento y durabilidad de clase mundial en la electrólisis del agua alcalina."
La clave para reducir el costo del hidrógeno radica en la simplicidad de la electrólisis del agua. Al aplicar corriente eléctrica al agua, se dividen las moléculas de agua y se captura hidrógeno puro, logrando emisiones de carbono cero. Sin embargo, en la práctica, especialmente en sistemas alcalinos a gran escala, la velocidad de reacción es más lenta. En condiciones alcalinas, el tiempo requerido para dividir las moléculas de agua es más de 100 veces mayor que en un entorno ácido. Para acelerar la reacción, los electrolizadores industriales suelen utilizar metales preciosos. El precio del platino es de aproximadamente US$58 por gramo (alrededor de HK$452), mientras que el del rutenio es de aproximadamente US$54 por gramo (alrededor de HK$421). Considerando la escala de las fábricas, esto hace que la producción a gran escala sea económicamente inviable. El equipo de KIER decidió finalmente prescindir completamente del platino y utilizar níquel y cobalto, que cuestan US$0.02 por gramo (alrededor de HK$0) y US$0.05 por gramo (alrededor de HK$0), respectivamente.
Ventajas técnicas del nuevo electrodo
¿Cómo logran los metales baratos superar al platino? Esto se debe a su arquitectura inteligente. El equipo creó una estructura heterogénea de doble componente, emparejando óxido de níquel y una aleación de níquel y cobalto en la misma superficie del electrodo. Cada componente maneja diferentes etapas de la reacción. El óxido de níquel actúa como un catalizador químico, dividiendo rápidamente las moléculas de agua en el lento paso de disociación inicial; mientras que la aleación de Ni-Co se utiliza para combinar los iones de hidrógeno liberados en un gas combustible utilizable.
Los resultados de rendimiento muestran el potencial de esta tecnología. El electrodo logró una producción de hidrógeno equivalente a un sobrepotencial de solo 22.7 mV, que es aproximadamente el 40% de los 56.5 mV requeridos por los sistemas comerciales de platino. Los investigadores señalaron: "El electrodo desarrollado proporciona una producción de hidrógeno equivalente a un sobrepotencial de aproximadamente el 40%, mostrando un rendimiento de primer nivel entre los electrodos alcalinos no preciosos reportados en los últimos tres años." Muchas innovaciones de laboratorio han fracasado en pruebas reales en la red eléctrica, ya que la variabilidad de la energía solar y eólica impone ciclos de operación severos a los equipos. KIER diseñó específicamente este nuevo electrodo para resistir estas condiciones impredecibles.
En una prueba de celda de 8.7 centímetros, el electrodo redujo el voltaje de la batería en un 11% en comparación con una batería de níquel estándar. Incluso después de 600 ciclos de estrés de encendido y apagado continuos, no se perdió rendimiento.
Potencial de comercialización futura
En el futuro, este electrodo podría operar junto con plantas de energía solar y eólica inestables. El equipo ha superado la fase de laboratorio. El Dr. Lee Hyun-jun, co-líder del proyecto, reveló que han fabricado un electrodo de gran tamaño con un diámetro de 40 centímetros y están refinando el proceso de fabricación para la producción comercial. El objetivo final es expandir el área de superficie del electrodo a 5,000 centímetros cuadrados para integrarlo directamente en instalaciones industriales de megavatios. Si se logra esta expansión, podría finalmente resolver el problema del impuesto de metales preciosos en la producción de hidrógeno. Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Advanced Science.
Impacto de los electrodos sin platino en la producción de hidrógeno
El desarrollo de este nuevo electrodo de níquel y cobalto sin platino marca un avance significativo en la tecnología de producción de hidrógeno. Tradicionalmente, la producción de hidrógeno ha dependido de costosos catalizadores de metales preciosos, lo que limita su viabilidad económica. Al utilizar metales más baratos, esta tecnología no solo reduce los costos de producción, sino que también mejora la cantidad y eficiencia del hidrógeno producido. Con la proliferación de las energías renovables, el potencial de aplicación de este nuevo electrodo es enorme, lo que podría facilitar el uso generalizado de hidrógeno verde y promover aún más la transición energética global.