Componentes de una celda de electrólisis de agua de 3 pilas con área de 25 cm² (izquierda) e imagen del sistema en funcionamiento (derecha). Crédito: Colegio de Ingeniería de la Universidad Nacional de Seúl
Un equipo de investigación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Seúl ha desarrollado una nueva estrategia de operación de electrólisis de agua que puede producir hidrógeno verde sin procesos de fabricación de catalizadores complejos.
El equipo de investigación presentó la posibilidad de aumentar significativamente la eficiencia de producción de hidrógeno sin el uso de catalizadores preciosos a base de metales. Como resultado, se espera que este resultado de la investigación sea un punto de inflexión tecnológico que acelera la realización de una sociedad neutral en carbono.
Estos hallazgos se publicaron el 23 de mayo en la revista Nature Communications bajo el título “Control dinámico de polarización de los electrodos de Ni para electrólisis de agua sostenible y escalable en condiciones alcalinas”. El equipo incluye a los profesores Jeyong Yoon y Jaeyune Ryu del Departamento de Ingeniería Química y Biológica, en colaboración con el equipo del profesor Jang Yong Lee del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Konkuk.
La tecnología de electrólisis de agua, que produce hidrógeno verde usando electricidad, es una de las tecnologías centrales para lograr la neutralidad de carbono y se designa como una de las 12 tecnologías estratégicas nacionales de Corea. Aunque la electrólisis está ganando atención como un método central para la producción de hidrógeno ecológica, los sistemas de corriente requieren que las capas de catalizador altamente activas se sinteten y apliquen con precisión a las superficies de los electrodos. Estas capas de catalizador se degradan gradualmente con el tiempo, presentando limitaciones estructurales.
Para abordar esto, el equipo de investigación desarrolló independientemente un nuevo método de “operación electroquímica (EA)”. Este método permite la producción de hidrógeno de alta eficiencia y duración utilizando solo electrodos comerciales de níquel (Ni), lo que elimina la necesidad de capas de catalizador de ingeniería costosas de precisión.
El equipo de investigación aplicó su método de operación de EA autodesarrollado a electrodos comerciales de Ni sin ningún recubrimiento de catalizador. Como resultado, lograron la eficiencia de la electrólisis del agua comparable a la de los catalizadores de oxihidróxido de Ni-Fe de alto rendimiento (NIFEOOH), que son conocidos por su excelencia en la reacción de evolución de oxígeno (OER), el paso determinante de la velocidad de la electrólisis de agua.
La técnica central se encuentra en un método llamado control de polarización dinámica, que periódicamente le da al electrodo un breve “descanso”. Al aplicar un voltaje reductor débil al electrodo de Ni durante un período corto, se inducen pequeñas cantidades de Fe disueltas en los electrolitos KOH para volver a colocar a la superficie del electrodo. Este hierro vuelto a unir con el Ni para formar de forma autónoma una capa de catalizador de evolución de oxígeno altamente activa en el electrodo. A través de ciclos repetidos, el electrodo mantiene su actividad y se convierte en un sistema de autocuración.
Mecanismo del método de operación EA desarrollado por el equipo de investigación (izquierda) y la comparación de durabilidad entre la operación de electrólisis de agua convencional y la operación de EA (derecha). Crédito: Nature Communications
Una celda de electrólisis de agua que usa este método de operación funcionó de manera estable durante más de 1,000 horas bajo una alta densidad de corriente de 1 A/cm². Además, el sistema demostró una durabilidad sobresaliente en una configuración escalada: una celda de electrólisis de agua de tres pilas con un área activa de 25 cm² por celda también se ejecutó durante varios cientos de horas. Este resultado verifica la confiabilidad de la tecnología no solo a escala de laboratorio, sino también en condiciones realistas que involucran operaciones extendidas y sistemas de gran área.
La operación EA demuestra el potencial de mejorar significativamente la viabilidad económica de la producción de hidrógeno verde al reemplazar los costosos catalizadores de metales preciosos y simplificar el proceso de generación de hidrógeno. Este método logra tanto de alta eficiencia como estabilidad a largo plazo sin la necesidad de materiales costosos o procesos de fabricación complejos.
No solo ayuda a reducir el costo real de la producción de hidrógeno, sino que también exhibe una fuerte reproducibilidad y escalabilidad, por lo que es muy prometedor para la expansión a los sistemas a gran escala e implementación comercial.
En consecuencia, se espera que esta tecnología mejore la competitividad de los procesos de producción de hidrógeno de Corea a través de futuras transferencias de tecnología y aplicación industrial. También se anticipa que servirá como una tecnología fundamental que respalde la realización de la neutralidad de carbono de Corea y su transición a una economía basada en hidrógeno.
El profesor Yoon, quien dirigió la investigación, enfatizó, “un método de producción de hidrógeno que no depende de los catalizadores es una estrategia transformadora que puede mejorar en gran medida la economía y la escalabilidad del hidrógeno verde. Este logro marca un punto de inflexión real para las tecnologías de economía de hidrógeno dirigida a la neutralidad de carbono”.
Co-líder del estudio, agregó el profesor Ryu: “Esta investigación no se trata solo de optimizar las condiciones operativas. Es un estudio de aplicación fundamental que aclaró sistemáticamente la compleja interacciones electroquímicas en la interfaz electrodo/electrolítica e implementó con éxito en un sistema real. Es un caso en el que tanto la visión teórica como la relevancia industrial se demostraron de manera efectiva”. “
Más información: Sanghwi Han et al, control de polarización dinámica de electrodos de Ni para electrólisis de agua sostenible y escalable en condiciones alcalinas, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-60201-w
Proporcionado por la Universidad Nacional de Seúl
Cita: los electrodos de autocuración prometen hidrógeno verde más barato y más duradero de la electrólisis del agua (2025, 5 de junio) Consultado el 5 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06- Electrodes-heaper-longer-Green-hydrogen.html
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