Investigación austriaca descubre que un recubrimiento delgado de platino puede reducir el uso de metal en equipos de hidrógeno en un 88%

Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Viena, en Austria, han descubierto que el uso de un recubrimiento de platino más delgado puede proteger eficazmente los componentes utilizados en la producción de hidrógeno. Este hallazgo tiene el potencial de reducir en aproximadamente un 88 % la cantidad de metal noble requerida para estas capas protectoras. El estudio examinó placas bipolares de titanio recubiertas de platino para la electrólisis de agua con membrana de intercambio de protones (PEM). Bajo las condiciones del estudio, un recubrimiento de apenas 24 nanómetros de espesor permaneció mayormente intacto y conservó una buena conductividad tras el estrés electroquímico. Estos hallazgos apuntan a una posible vía para reducir el coste de los equipos. No obstante, los investigadores advierten que el espesor óptimo depende de varios factores, entre ellos el método de fabricación del recubrimiento y la uniformidad de su cobertura superficial. ¿Por qué los equipos de hidrógeno necesitan platino? La electrólisis metálica utiliza electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. En un electrodo, el proceso genera oxígeno, iones de hidrógeno con carga positiva (protones) y electrones. Los protones atraviesan la membrana hasta el segundo electrodo, donde se combinan con los electrones para formar hidrógeno. Mantener el equipo en funcionamiento en este entorno resulta más difícil de lo que sugiere la reacción básica. «El proceso de electrólisis crea un entorno químico perjudicial para muchos componentes metálicos. Los metales pueden disolverse y, al mismo tiempo, pueden formarse capas de óxido que obstaculizan el flujo de corriente», explica Helmut Riedl-Tragenreif, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Tecnológica de Viena.

La demanda de platino en los equipos de hidrógeno

«Si el sistema ha de funcionar a largo plazo, los distintos componentes deben ajustarse cuidadosamente. Las placas bipolares desempeñan un papel especialmente importante aquí, representando hasta el 30 % del coste total del sistema.»

Estas placas no solo proporcionan soporte mecánico al equipo, sino que también conducen la corriente y ayudan a transportar agua y gases. El titanio ofrece una buena resistencia a la corrosión, pero en su superficie se forma una capa de óxido que impide el flujo de corriente. Un recubrimiento delgado de platino resuelve este problema, protegiendo el titanio y conduciendo la corriente de manera eficaz. Los recubrimientos delgados sobreviven en las pruebas; el equipo de la Universidad Tecnológica de Viena investigó sistemáticamente qué espesor necesita esa capa protectora.

Resultados de las pruebas del recubrimiento delgado de platino

Las pruebas mostraron que un recubrimiento de 24 nanómetros de espesor era suficiente bajo las condiciones ensayadas, mientras que uno de 8 nanómetros presentaba problemas evidentes. Comparado con los recubrimientos de 200 nanómetros utilizados actualmente en la industria, el recubrimiento delgado exitoso representa una posible reducción del consumo de platino de aproximadamente un 88 %. Los investigadores también examinaron la resistencia de estos recubrimientos tras el estrés electroquímico, no solo su rendimiento inicial. «Utilizamos métodos de alta resolución para analizar el recubrimiento antes y después del estrés electroquímico. Una cuestión especialmente importante es si aparecen defectos microscópicos en el recubrimiento.»

Riedl-Tragenreif señaló.

Los pequeños defectos pueden acelerar el daño. Los defectos en la capa de platino pueden exponer el titanio subyacente al ataque. El titanio se oxida y en la interfaz pueden formarse pequeñas burbujas de oxígeno, generando tensión mecánica que deteriora aún más el recubrimiento. A medida que se desprenden áreas mayores, queda más titanio expuesto y el daño se acelera. El recubrimiento de 8 nanómetros mostró claros indicios de este proceso. Tras el estrés electroquímico, los investigadores observaron defectos mayores y detectaron un aumento significativo de iones de titanio y platino en el electrolito. En cambio, el recubrimiento de 24 nanómetros permaneció mayormente intacto bajo las condiciones estudiadas, conservó una buena conductividad y mantuvo la liberación de iones metálicos en un nivel muy bajo.

Impacto del recubrimiento delgado de platino en la producción de hidrógeno

En el proceso de producción de hidrógeno, la cantidad de platino utilizada tiene un impacto significativo en el coste. La investigación muestra que un recubrimiento delgado de platino puede reducir eficazmente la demanda de metal noble, lo que no solo disminuye los costes de producción, sino que también mejora la durabilidad del equipo. El diseño y la elección de materiales de las placas bipolares son cruciales para el rendimiento global del sistema, especialmente frente al desafío de la corrosión química. Los hallazgos de este estudio podrían impulsar la comercialización de la tecnología del hidrógeno y fomentar soluciones energéticas más sostenibles.