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El sistema desarrollado por un grupo internacional de científicos se usa para la descomposición electroquímica del agua no solo acelera la producción de hidrógeno, sino que también la hace más sostenible, según publican los autores en Nature Nanotechnology.
Se sabe que el hidrógeno es de importancia crucial para la tecnología y la industria debido a sus propiedades únicas: es el elemento químico más ligero, tiene una densidad energética extremadamente alta y es un combustible libre de emisiones, ya que el agua es el único subproducto de su combustión. Esto hace que el hidrógeno sea una fuente de energía limpia muy atractiva. Sin embargo, su producción sigue siendo extremadamente intensiva en energía.
El hidrógeno se puede producir mediante la descomposición electroquímica del agua, en la que los electrodos en el agua se someten a una corriente eléctrica. La producción de hidrógeno energéticamente eficiente y sostenible mediante la descomposición electroquímica del agua con electricidad renovable podría mejorar significativamente la sostenibilidad de esta fuente de energía.
Uno de los mayores desafíos en la división electroquímica del agua es la llamada reacción de evolución del oxígeno (OER), una reacción lenta en la que las moléculas de agua se descomponen en sus componentes individuales: oxígeno e hidrógeno. La OER se puede acelerar utilizando catalizadores de metales nobles; sin embargo, estos metales son caros y escasos, y acelerar la reacción requiere energía adicional (conocida como sobrepotencial).
Este desafío ha sido abordado por un equipo de investigación, compuesto por miembros de varias instituciones de investigación chinas y dirigido por el profesor Francesco Ciucci, presidente de Diseño de Electrodos para Sistemas de Energía Electroquímica en la Universidad de Bayreuth. Desarrollaron un método innovador para la división electroquímica del agua.
Este enfoque emplea iridio disperso atómicamente como aceleradores de reacción, acoplándolos con dimetilimidazol e hidróxido de cobalto-hierro. La innovación clave radica en la disposición geométrica de estos componentes, que están configurados en una orientación fuera del plano, optimizando el rendimiento y la eficiencia.
Este enfoque innovador aumenta significativamente la actividad de la OER y también exhibe un sobrepotencial ultrabajo. Además, reduce el uso de metales nobles, ya que solo se utilizan átomos de iridio individuales, y tiene un impacto positivo en la estabilidad de la reacción de aceleración.
“Nuestro estudio representa un avance significativo en el desarrollo de una aceleración OER eficiente y rentable para la producción sostenible de hidrógeno. Al superar el desafío clave de la tecnología actual, nuestros resultados tienen el potencial de impulsar la transición global hacia soluciones de energía limpia”, afirma en un comunicado Ciucci, autor principal del estudio.