El Korea Institute of Energy Research (KIER), despues de trabajar con nuevos materiales para hidrógeno verde,  ha presentado un electrodo innovador. Este componente de metales no nobles promete una drástica reducción en los costos de producción de hidrógeno verde. Investigadores surcoreanos han desarrollado un electrodo de níquel y cobalto. Este requiere menor tensión para producir hidrógeno verde y demuestra una notable durabilidad, soportando 600 ciclos de funcionamiento. Con este avance, el hidrógeno verde podría generarse utilizando electrodos. Sus materiales son hasta un 99% más económicos que los catalizadores de metales nobles actuales.

La producción de hidrógeno mediante electrólisis alimentada por energías renovables enfrenta desafíos. El coste de los equipos y las exigencias técnicas del proceso son factores limitantes. Específicamente, el uso de platino y rutenio en los electrodos eleva el precio de componentes clave. Es fundamental encontrar alternativas que mantengan la actividad electroquímica y aseguren una vida útil prolongada. Esto reducirá la inversión inicial en estas instalaciones.

Un equipo científico del Korea Institute of Energy Research (KIER) en Corea del Sur ha logrado un avance significativo. Han presentado una solución innovadora, basada en metales de menor coste. El trabajo, liderado por Kyung-Soo Kang y Hyun-Jun Lee del área de investigación de hidrógeno del instituto, ha sido publicado en Advanced Science. Sus hallazgos incluyen mediciones de eficiencia, rigurosos ensayos de resistencia y la fabricación de piezas de mayores dimensiones.

Hidrógeno verde con materiales 99% más económicos

El nuevo electrodo usa nuevos materiales para hidrógeno verde. Emplea una superficie compuesta por óxido de níquel (NiO) y una aleación de níquel-cobalto (Ni-Co). El óxido de níquel facilita la separación de las moléculas de agua. Por su parte, la aleación de níquel-cobalto optimiza la liberación de hidrógeno. Esta combinación sin platino ni rutenio mejora la actividad catalítica de la reacción.

La diferencia económica entre estos elementos es considerable. Los investigadores señalan que el platino y el rutenio tienen precios de 58 y 54 dólares por gramo, respectivamente. En contraste, el níquel cuesta aproximadamente 0,02 dólares por gramo y el cobalto, 0,05 dólares. Estos valores justifican el notable ahorro estimado en las materias primas del electrodo.

Sin embargo, es importante aclarar que la reducción del 99% se aplica solo a los materiales del electrodo. El coste final del hidrógeno verde considera múltiples factores. La factura eléctrica, la inversión en maquinaria, las operaciones de mantenimiento y la vida útil de los equipos continúan siendo determinantes. Por lo tanto, este porcentaje de ahorro no se traduce directamente al coste total de producción en una planta.

Los nuevos materiales para hidrógeno verde requieren menor tensión

En pruebas realizadas a una densidad de corriente de 10 mA/cm², el dispositivo surcoreano exhibió un sobrepotencial de 22,7 milivoltios. La referencia comercial de platino, en cambio, alcanzó 56,5 milivoltios. Esto implica que el nuevo material para hidrógeno verde requiere sólo un 40% de la tensión adicional que necesita el platino. Ambos logran la misma densidad de corriente.

El sobrepotencial mide la energía eléctrica extra necesaria. Es crucial para mantener una reacción electroquímica más allá de su valor teórico. Un valor inferior indica menores pérdidas energéticas. No obstante, una evaluación completa del ahorro eléctrico exige el análisis integral del electrolizador. Otros componentes y las condiciones operativas influyen en el consumo total.

El equipo también construyó una celda experimental de 8,7 centímetros de diámetro. Al integrar el electrodo de níquel-cobalto, la tensión de trabajo se redujo un 11% comparado con una configuración convencional de níquel. Esta prueba validó el comportamiento del material. Demostró su eficacia en un dispositivo de mayor superficie que los empleados en las mediciones iniciales.

Resistencia y escalabilidad: 600 ciclos y 40 centímetros de diámetro

Se examinó la resistencia del electrodo frente a interrupciones operativas. Durante 600 ciclos consecutivos de encendido y apagado, no se detectó un deterioro significativo en sus prestaciones. Este rendimiento es particularmente relevante. Los electrolizadores conectados a fuentes de energía intermitentes, como parques eólicos o solares, se benefician de esta estabilidad.

En cuanto a las dimensiones, el KIER ha fabricado exitosamente electrodos circulares de 40 centímetros de diámetro. Su objetivo próximo es escalar a superficies de 5.000 cm². Esto permitirá evaluar su aplicación en equipos de electrólisis alcalina con potencias del orden del megavatio. También se investigan métodos para adaptar su fabricación a una potencial producción en serie.

Antes de su eventual comercialización, es imperativo verificar varios aspectos. La uniformidad de los recubrimientos, los costos industriales y la resistencia en periodos operativos mucho más prolongados son clave. Los resultados actuales corresponden a fases de investigación. Todavía no garantizan una sustitución inmediata de los electrodos comerciales existentes. El siguiente paso será confirmar si las excelentes prestaciones se mantienen en instalaciones de mayor capacidad.

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