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Jul 21, 2023

Desarrollo de tecnologías para reducir el costo de la producción de hidrógeno verde

Desarrollar tecnologías para reducir el costo de la producción de hidrógeno verde. Verde

Desarrollar tecnologías para reducir el costo de la producción de hidrógeno verde.

El hidrógeno verde, que produce hidrógeno sin el uso de combustibles fósiles o la emisión de dióxido de carbono, se ha vuelto cada vez más importante en los últimos años como parte de los esfuerzos para lograr una economía descarbonizada.

Sin embargo, debido al alto costo de producción de los dispositivos de electrólisis de agua que producen hidrógeno verde, la viabilidad económica del hidrógeno verde no ha sido muy alta. Sin embargo, el desarrollo de una tecnología que reduce drásticamente la cantidad de metales raros como el iridio y el platino utilizados en los dispositivos de electrólisis de agua con membranas de electrolitos poliméricos está abriendo el camino para reducir los costos de producción.

Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Hyun S. Park y Sung Jong Yoo del Centro de Investigación de Pilas de Combustible e Hidrógeno del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) anunció que han desarrollado una tecnología que puede reducir significativamente la cantidad de platino y iridio, metales preciosos utilizados en la capa de protección de electrodos de los dispositivos de electrólisis de agua con membrana de electrolito de polímero, y aseguran un rendimiento y una durabilidad a la par de los dispositivos existentes.

En particular, a diferencia de estudios anteriores que se centraron en reducir la cantidad de catalizador de iridio manteniendo la estructura que usa una gran cantidad de platino y oro como capa de protección del electrodo, los investigadores reemplazaron el metal precioso en la capa de protección del electrodo con nitruro de hierro económico que tiene gran área de superficie y recubierta uniformemente con una pequeña cantidad de catalizador de iridio en la parte superior, lo que aumenta en gran medida la eficiencia económica del dispositivo de electrólisis.

El dispositivo de electrólisis de agua con membrana de electrolito de polímero es un dispositivo que produce hidrógeno y oxígeno de alta pureza al descomponer el agua usando electricidad suministrada por energía renovable, como la energía solar, y desempeña un papel en el suministro de hidrógeno a diversas industrias, como la siderúrgica y la química. Además, es ventajoso para la conversión de energía almacenar energía renovable como energía de hidrógeno, por lo que aumentar la eficiencia económica de este dispositivo es muy importante para la realización de la economía del hidrógeno verde.

En un dispositivo de electrólisis típico, hay dos electrodos que producen hidrógeno y oxígeno, y para el electrodo generador de oxígeno, que opera en un ambiente altamente corrosivo, se recubre la superficie del electrodo con oro o platino a 1 mg/cm2 como protección. capa para garantizar la durabilidad y la eficiencia de la producción, y 1-2 mg/cm2 de catalizador de iridio se recubre en la parte superior. Los metales preciosos utilizados en estos dispositivos de electrólisis tienen reservas y producción muy bajas, lo que es un factor importante que dificulta la adopción generalizada de dispositivos de producción de hidrógeno verde.

Para mejorar la economía de la electrólisis del agua, el equipo reemplazó los metales raros oro y platino utilizados como capa protectora para el electrodo de oxígeno en los dispositivos de producción de hidrógeno de membrana electrolítica de polímero con nitruro de hierro económico (Fe2N).

Para hacerlo, el equipo desarrolló un proceso compuesto que primero recubre uniformemente el electrodo con óxido de hierro, que tiene una baja conductividad eléctrica, y luego convierte el óxido de hierro en nitruro de hierro para aumentar su conductividad. El equipo también desarrolló un proceso que recubre uniformemente un catalizador de iridio de unos 25 nanómetros (nm) de espesor sobre la capa protectora de nitruro de hierro, reduciendo la cantidad de catalizador de iridio a menos de 0,1 mg/cm2, lo que da como resultado un electrodo con una alta producción de hidrógeno. eficiencia y durabilidad.

El electrodo desarrollado reemplaza el oro o el platino utilizados como capa protectora para el electrodo generador de oxígeno con nitruros de metales no preciosos mientras mantiene un rendimiento similar al de las unidades de electrólisis comerciales existentes y reduce la cantidad de catalizador de iridio al 10 % del nivel existente. Además, la unidad de electrólisis con los nuevos componentes fue operada por más de 100 horas para verificar su estabilidad inicial.

Dr. Hyun S. Parquede KIST, dijo:

La reducción de la cantidad de catalizador de iridio y el desarrollo de materiales alternativos para la capa protectora de platino son esenciales para el uso económico y generalizado de dispositivos de producción de hidrógeno verde con membrana electrolítica de polímero, y el uso de nitruro de hierro económico en lugar de platino es de gran importancia.

"Después de seguir observando el rendimiento y la durabilidad del electrodo, lo aplicaremos a dispositivos comerciales en un futuro próximo".

Desarrollo de tecnologías para reducir el costo de la producción de hidrógeno verde, 2 de junio de 2023