Pruebas de la pila de electrólisis de agua de mar que incorpora el electrodo desarrollado del equipo de investigación. Crédito: Kier
El equipo de investigación del Dr. Ji-Hyung Han del Instituto de Investigación de Energía de Corea ha desarrollado un electrodo a base de tela de carbono de alto rendimiento que mantiene un rendimiento estable incluso en condiciones de alta corriente. El electrodo recientemente desarrollado es el primer electrodo de electrólisis de agua de mar que utiliza un soporte de tela de carbono que ha demostrado una operación continua exitosa durante más de 800 horas en condiciones de alta corriente, destacando su potencial de comercialización.
La investigación es publicado En el Journal aplicó la ciencia de la superficie.
La electrólisis de agua es una tecnología ecológica que produce hidrógeno dividiendo agua. Aunque se basa principalmente en el agua dulce, las crecientes preocupaciones sobre la escasez de agua global han llamado la atención cada vez mayor de la electrólisis de agua de mar, que utiliza el agua de mar directamente.
El rendimiento y la vida útil de los sistemas de electrólisis de agua de mar dependen en gran medida del catalizador utilizado en el electrodo y el soporte del electrodo que distribuye uniformemente el catalizador. Mientras que los catalizadores preciosos a base de metales, como el platino y el rutenio, se usan comúnmente, las investigaciones recientes se han centrado en catalizadores o enfoques de metales no preciosos que minimizan el uso de metales preciosos debido a las preocupaciones de los costos.
También hay problemas con el soporte del electrodo. Los soportes basados en metales son altamente vulnerables a la corrosión causada por iones de cloruro, limitando claramente su vida útil. Como alternativa, ha surgido tela de carbono debido a su excelente conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, flexibilidad y rentabilidad.
Sin embargo, los catalizadores existentes a base de tela de carbono han enfrentado desafíos en la comercialización, ya que sufren de degradación del rendimiento y daño estructural durante la operación de alta corriente (superior a 500 mA/cm²) y el uso a largo plazo durante 100 horas, que se requieren para aplicaciones industriales.
Esquema del proceso de fabricación de electrodos utilizando el catalizador desarrollado. Crédito: Kier Catalyst desarrollado por el equipo de investigación. Crédito: Kier
El equipo de investigación superó las limitaciones de los electrodos convencionales mediante el desarrollo de un electrodo a base de tela de carbono con una mayor eficiencia de producción de hidrógeno a través de un proceso de tratamiento de ácido optimizado. El electrodo recientemente desarrollado redujo el sobrepotencial aplicado al electrodo en un 25%, lo que permite una reacción de evolución de hidrógeno 1.3 veces más eficiente (HER) en comparación con los electrodos existentes.
Para mejorar la reactividad del electrodo, el equipo de investigación se centró en el tratamiento de ácido la tela de carbono. El tratamiento con ácido implica sumergir la tela en una solución de ácido nítrico altamente concentrada a 100 ° C durante una hora. Sin embargo, la evaporación durante el proceso causó fluctuaciones en la concentración de ácido, lo que planteó un desafío. Para abordar esto, el equipo diseñó un vaso de tratamiento de ácido especializado que evita los cambios de concentración, optimizando con éxito el tratamiento superficial del soporte de tela de carbono.
El soporte de tela de carbono tratado con ácido exhibe una alta hidrofilia, lo que promueve la distribución uniforme de iones de cobalto, molibdeno y rutenio en toda su superficie. En particular, el rutenio de metales preciosos se dispersa uniformemente en todo el soporte, lo que permite un excelente rendimiento electroquímico incluso con una cantidad mínima.
Como resultado, el catalizador de cobalto-molibdeno (como) incorporado a rutenio logró una reducción de aproximadamente el 25% en los catalizadores de COMO convencionales, a pesar de usar solo aproximadamente 1% de rutenio en peso. Al reducir el sobrepotencial requerido, el catalizador permitió una reacción de evolución de hidrógeno que es aproximadamente 1.3 veces más eficiente a la misma densidad de corriente.
El electrodo recubierto de catalizador mantuvo su rendimiento inicial incluso después de más de 800 horas de operación continua en condiciones de alta corriente de 500 mA/cm². El análisis posterior a la operación del electrodo no reveló la lixiviación de iones metálicos como el rutenio y el cobalto en el electrolito, lo que indica una excelente resistencia a la corrosión y estabilidad estructural. Además, el equipo sintetizó con éxito un electrodo de área grande que mide 25 cm², mostrando potencial de escalabilidad y aplicación práctica.
El Dr. Han de Kier declaró: “Esta tecnología marca el primer caso exitoso del mundo de operación a largo plazo durante un mes en condiciones de alta corriente de alto nivel industrial en electrólisis de agua de mar utilizando un electrodo a base de tela de carbono. Planeamos avanzar aún más en la tecnología al nivel de demostración a través de pruebas de durabilidad extendida más allá de 1,000 horas e investigaciones en la escala de módulos de células grandes y pilas”.
Más información: Hyunji Eom et al, catalizador de comoox modificado por RU sobre tela de carbono para una eficiente en electrólisis de agua de mar alcalina a altas densidades de corriente, ciencia de la superficie aplicada (2025). Dos: 10.1016/j.apsusc.2025.163534
Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
Cita: los electrodos de alto rendimiento para la electrólisis de agua de mar pueden mejorar la producción de hidrógeno (2025, 14 de agosto) recuperados el 14 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-high-electrodes-sea-leawater- electrólisis-hydrogen.html
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