Un proyecto europeo redefine las reglas de la electrólisis del hidrógeno
La producción de hidrógeno mediante la electrólisis del agua podría revolucionar la forma de almacenar y transportar energía renovable. Las actuales celdas electrolíticas de membrana de intercambio de protones, que dividen el agua en hidrógeno y oxígeno, están fabricadas mayormente con materiales caros y presentan problemas de rendimiento a largo plazo. En el proyecto Thin-CATALYzER(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, se ha desarrollado una innovadora arquitectura de capas catalizadoras que combina nanofibras de carbono, capas cerámicas ultrafinas y nanopartículas catalizadoras. Este nuevo diseño mejora la eficiencia y reduce la dependencia de materias primas fundamentales.
Nueva arquitectura catalítica que mejora el rendimiento
El equipo de Thin-CATALYzER creó una capa catalizadora con núcleo de nanofibras de carbono recubierta de una capa cerámica ultrafina de oxinitruro de titanio. En la parte superior, una fina dispersión de nanopartículas de iridio mejora el rendimiento catalítico. «Uno de los aspectos más complejos en el desarrollo de electrodos de baja temperatura funcionales en electrolitos acuosos es el nivel relativamente alto de madurez tecnológica», explica Federico Baiutti, coordinador del proyecto. «En Thin-CATALYzER investigamos la posibilidad de combinar los métodos de fabricación de películas finas con la síntesis química tradicional, con el objetivo de ofrecer un concepto tecnológico diferente y propiciar nuevos avances en el campo». El revestimiento cerámico garantiza la conductividad eléctrica y la protección contra la corrosión, mientras que el electrohilado(se abrirá en una nueva ventana) (una técnica escalable apta para aplicaciones industriales) posibilita desarrollar soportes de fibra de carbono de gran calidad de forma rápida y eficaz.
Durabilidad y eficiencia de los materiales
Aunque reducir la cantidad de materias primas fundamentales empleadas, como el iridio, es vital, ello también conlleva retos a la hora de equilibrar la eficiencia de los materiales con el rendimiento catalítico a largo plazo. Los catalizadores nanoestructurados funcionan mejor debido a su mayor superficie activa, pero pueden degradarse o aglomerarse cuando se exponen a condiciones electroquímicas exigentes. Baiutti destaca que la optimización continua es esencial: «Lograr un equilibrio entre la eficiencia del material y el rendimiento catalítico a largo plazo sigue siendo uno de los principales retos del sector. Ello requiere una optimización continua de los métodos de síntesis, los materiales de soporte y las estrategias de protección». Para mejorar la estabilidad, el equipo del proyecto examinó la incorporación de dopantes a fin de evitar la oxidación del soporte y, además, empleó estrategias de diseño inteligente para garantizar un buen rendimiento del catalizador en condiciones reales de funcionamiento.
Del descubrimiento en el laboratorio a la aplicación industrial
Durante el proyecto, el equipo colaboró con socios industriales para evaluar la viabilidad comercial de sus innovaciones. Esto puso de manifiesto la importancia de la escalabilidad y la fiabilidad a largo plazo, al subrayar la marcada diferencia entre los logros obtenidos en el laboratorio y los requisitos de la industria. «Para que una innovación tenga una verdadera repercusión, hay que garantizar una estrategia de fabricación fácil y escalable, así como un alto rendimiento y fiabilidad a largo plazo», observa Baiutti. «Reforzar los vínculos entre el mundo científico y el sector industrial sería muy beneficioso para alinear necesidades y esfuerzos». La versatilidad del diseño de Thin-CATALYzER abre posibilidades más allá de la electrólisis, con potencial para beneficiar a otros dispositivos electroquímicos de baja temperatura, como las pilas de combustible con membrana polimérica y las baterías. Mediante la adaptación de las combinaciones de materiales, esta tecnología podría promover considerablemente el desarrollo de sistemas más limpios para el almacenamiento y la conversión de energía. Gracias a este diseño innovador de catalizador, Thin-CATALYzER ha sentado las bases para tecnologías de producción de hidrógeno más sostenibles y eficientes, apoyando así la transición de Europa hacia una economía más verde.
