La electrólisis de agua de alto rendimiento sin platino acerca la economía de hidrógeno más cerca
Resistencia al transporte de electrones en la interfaz de la capa de catalizador/capa de difusión. Crédito: Energía y Ciencias Ambientales (2025). Doi: 10.1039/d4ee05816j
El hidrógeno está ganando atención como una fuente de energía limpia que no emite carbono. Entre varios métodos, la electrólisis de agua, que divide el agua en hidrógeno y oxígeno usando electricidad, se reconoce como un método de producción de hidrógeno ecológico.
Específicamente, la electrólisis de agua de la membrana de intercambio de protones (PEMWE) se considera una tecnología de producción de hidrógeno de próxima generación debido a su capacidad para producir hidrógeno de alta pureza a alta presión. Sin embargo, la tecnología PEMWE existente ha enfrentado limitaciones en la comercialización debido a su gran dependencia de los costosos catalizadores de metales preciosos y materiales de recubrimiento. Los investigadores coreanos ahora han propuesto una nueva solución para abordar estos cuellos de botella técnicos y económicos.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Hee-Tak Kim del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, en un estudio conjunto con el Dr. Gisu Doo del Instituto de Investigación de Energía de Corea (KIER), ha desarrollado una tecnología de electrólisis de agua de próxima generación que logra un alto rendimiento sin la necesidad de un costoso recubrimiento de platino (PT). Su artículo se publica en Energy & Environmental Science.
El equipo de investigación se centró en la razón principal por la cual el óxido de iridio (IROX), un catalizador altamente activo para los electrodos de electrólisis de agua, no funciona de manera óptima. Descubrieron que esto se debe a una transferencia de electrones ineficiente y, por primera vez en el mundo, demostraron que el rendimiento se puede maximizar simplemente controlando el tamaño de partícula del catalizador.
En este estudio, se reveló que la razón por la cual los catalizadores de óxido de iridio no exhiben un excelente rendimiento sin recubrimiento de platino se debe a la resistencia al transporte de electrones que ocurre en la interfaz entre el catalizador, el conductor iónico (en adelante, los componentes de la titanio de TI (TiTinio), los componentes de costo en adelante en electrodolios de agua.
Específicamente, identificaron que el fenómeno “pellizcos”, donde la vía de electrones está bloqueada entre el catalizador, el ionómero y el sustrato de titanio, es la causa crítica de una conductividad reducida. El ionómero tiene propiedades cercanas a un aislante de electrones, obstaculizando así el flujo de electrones cuando rodea las partículas de catalizador. Además, cuando el ionómero entra en contacto con el sustrato de titanio, se forma una barrera de electrones en la capa de óxido de superficie del sustrato de titanio, aumentando significativamente la resistencia.
Para abordar esto, el equipo de investigación fabricó y comparó catalizadores de varios tamaños de partículas. A través de las simulaciones de evaluación de células individuales y simulaciones multifísicas, demostraron experimentalmente, por primera vez a nivel mundial, que cuando se usan partículas de catalizador de óxido de iridio con un tamaño de 20 nanómetros (nm) o más grandes, la región mixta de ionómeros disminuye, asegurando una vía de electrones y restauración de conductividad.
Además, optimizaron con éxito la estructura interfacial a través de un diseño preciso, asegurando simultáneamente tanto la reactividad como el transporte de electrones. Este logro demostró que la compensación previamente inevitable entre la actividad del catalizador y la conductividad puede superarse a través del diseño interfacial meticuloso.
Se espera que este avance sea un hito significativo no solo para el desarrollo de materiales de catalizador de alto rendimiento, sino también para la comercialización futura de los sistemas de electrólisis de agua de membrana de intercambio de protones que pueden lograr una alta eficiencia al tiempo que reducen drásticamente la cantidad de metales preciosos utilizados.
El profesor Hee-Tak Kim declaró: “Esta investigación presenta una nueva estrategia de diseño de interfaz que puede resolver el problema de conductividad interfacial, que fue un cuello de botella en la tecnología de electrólisis de agua de alto rendimiento”. Agregó: “Al asegurar un alto rendimiento incluso sin materiales caros como el platino, será un trampolín más cerca de realizar una economía de hidrógeno”.
Más información: Jeesoo Park et al, en el problema de transporte de electrones de la interfaz de catalizadores Irox altamente activos, Energía y Ciencias Ambientales (2025). Doi: 10.1039/d4ee05816j
Proporcionado por el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Cita: La electrólisis de agua de alto rendimiento sin platino acerca la economía de hidrógeno más cerca (2025, 11 de junio) Recuperado el 11 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-high-electrólisis-platinum-hydrogen-economy.html
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