En la actualidad, el hidrógeno obtenido mediante electrocatálisis requiere agua pura. En el agua impura, especialmente en el agua de mar, los contaminantes como los iones de magnesio, cloruro y calcio destruyen rápidamente el sistema electrocatalítico.
Científicos del Centro de Excelencia ARC para la Ciencia y la Innovación del Carbono (COECSI), de la Universidad de Adelaida, han hallado cómo solucionar el problema, protegiendo con un recubrimiento especial los catalizadores de los sistemas electrocatalíticos. El recubrimiento, un tipo de polímero llamado ionómero, actúa como una puerta inteligente: deja pasar los iones necesarios para la electrólisis del agua, pero bloquea los iones nocivos que atacan y destruyen los catalizadores y el sistema electrocatalítico.
El ionómero es un polímero conductor de iones que se utiliza normalmente como aglutinante o pegamento para mantener unidas las partículas del catalizador o para mejorar el contacto mecánico dentro del electrodo. En el cátodo, el ionómero ayuda a bloquear los iones de calcio y magnesio que provocan incrustaciones y obstruyen la superficie. En el ánodo, suprime el transporte de cloruro y estabiliza el pH local.
“Lo que diferencia fundamentalmente nuestro trabajo es que explotamos deliberadamente la selectividad iónica de los ionómeros. Diseñamos los recubrimientos de ionómero para controlar qué iones pueden llegar a la superficie del catalizador”, explica el investigador jefe del centro, el profesor Yao Zheng.
“Lo mejor es que este enfoque permite que los electrolizadores alimentados con agua de mar funcionen durante más de 1.500 horas con una durabilidad comparable a la de los sistemas de agua pura», añade Feiyue Gao, otro de los investigadores del COECSI.
“Los retos que quedan por delante son optimizar la estabilidad a largo plazo del sistema, y su escalabilidad e integración para cumplir con los requisitos comerciales. Al mismo tiempo, nuestros resultados ponen de relieve una oportunidad para que el sector desarrolle ionómeros de última generación con una selectividad y durabilidad aún mejores”, añade.
Este nuevo enfoque puede aplicarse a cualquier catalizador que funcione en entornos impuros o de agua de mar, incluidos los catalizadores basados en carbono y soportados por carbono, que son el foco de la investigación del COECSI y especialmente vulnerables a las incrustaciones y la degradación en dichos sistemas de electrocatálisis.
El Gobierno australiano ha seleccionado el hidrógeno como nueva industria exportadora en su Estrategia Nacional del Hidrógeno. Según esta estrategia, el mercado mundial del hidrógeno alcanzará los 1,4 billones de dólares estadounidenses en 2050.
