Las tecnologías de almacenamiento eficientes son necesarias si la energía solar y eólica es para ayudar a satisfacer la mayor demanda de energía. Un enfoque importante es el almacenamiento en forma de hidrógeno extraído del agua usando energía solar o eólica. Este proceso se lleva a cabo en un denominado electrolizador.Gracias a un nuevo material desarrollado por investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI y Empa, es probable que estos dispositivos se vuelvan más baratos y más eficientes en el futuro. El material en cuestión funciona como un catalizador que acelera la división de las moléculas de agua: el primer paso paraLos investigadores también demostraron que este nuevo material se puede producir de manera confiable en grandes cantidades y demostraron su capacidad de rendimiento dentro de una celda de electrólisis técnica, el componente principal de un electrolizador. Los resultados de su investigación se han publicado en la edición actual.de la revista científica Materiales de la naturaleza .
Dado que la energía solar y eólica no siempre está disponible, solo contribuirá significativamente a satisfacer las demandas de energía una vez que se haya desarrollado un método de almacenamiento confiable. Un enfoque prometedor para este problema es el almacenamiento en forma de hidrógeno. Este proceso requiere un electrolizador,que utiliza la electricidad generada por la energía solar o eólica para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno sirve como portador de energía. Puede almacenarse en tanques y luego transformarse nuevamente en energía eléctrica con la ayuda de celdas de combustible. Este proceso puede llevarse a cabolocalmente, en lugares donde se necesita energía, como residencias domésticas o vehículos con celdas de combustible, lo que permite la movilidad sin la emisión de CO 2 .
económico y eficiente
Los investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI ahora han desarrollado un nuevo material que funciona como un catalizador dentro de un electrolizador y, por lo tanto, acelera la división de las moléculas de agua: el primer paso en la producción de hidrógeno ". Actualmente hay dos tipos de electrolizadores enel mercado: uno es eficiente pero caro porque sus catalizadores contienen metales nobles como el iridio. Los otros son más baratos pero menos eficientes ", explica Emiliana Fabbri, investigadora del Instituto Paul Scherrer." Queríamos desarrollar un catalizador eficiente pero menos costoso quetrabajado sin usar metales nobles "
Al explorar este procedimiento, los investigadores pudieron usar un material que ya había sido desarrollado: un complejo compuesto de los elementos bario, estroncio, cobalto, hierro y oxígeno, una llamada perovskita. Pero fueron los primeros en desarrollar untécnica que permite su producción en forma de minúsculas nanopartículas. Esta es la forma requerida para que funcione de manera eficiente ya que un catalizador requiere una gran área de superficie en la cual muchos centros reactivos pueden acelerar la reacción electroquímica. Una vez que las partículas de catalizador individuales se han hecho comolo más pequeño posible, sus respectivas superficies se combinan para crear un área de superficie general mucho más grande.
Los investigadores utilizaron el llamado dispositivo de rocío de llama para producir este nanopolvo: un dispositivo operado por Empa que envía las partes constituyentes del material a través de una llama donde se fusionan y se solidifican rápidamente en pequeñas partículas una vez que salen de la llama ". Tuvimos que"encuentra una forma de operar el dispositivo que garantiza de manera confiable la solidificación de los átomos de los diversos elementos en la estructura correcta", enfatiza Fabbri. "También pudimos variar el contenido de oxígeno cuando fue necesario, permitiendo la producción de diferentes variantes de material".
Pruebas de campo exitosas
Los investigadores pudieron demostrar que estos procedimientos funcionan no solo en el laboratorio sino también en la práctica. El método de producción entrega grandes cantidades del polvo de catalizador y puede estar fácilmente disponible para uso industrial ". Estábamos ansiosos por probar el catalizador encondiciones de campo. Por supuesto, tenemos instalaciones de prueba en PSI capaces de examinar el material, pero su valor depende en última instancia de su idoneidad para las células de electrólisis industrial que se utilizan en electrolizadores comerciales ", dice Fabbri. Los investigadores probaron el catalizador en cooperación con un fabricante de electrolizadoresen los Estados Unidos y pudimos demostrar que el dispositivo funcionaba de manera más confiable con la nueva perovskita producida por PSI que con un catalizador convencional de óxido de iridio.
Examen en milisegundos
Los investigadores también pudieron llevar a cabo experimentos precisos que proporcionaron información precisa sobre lo que sucede en el nuevo material cuando está activo. Esto implicó estudiar el material con rayos X en el Swiss Light Source SLS de PSI. Esta instalación proporciona a los investigadores una experiencia única.estación de medición capaz de analizar la condición de un material durante períodos de tiempo sucesivos de solo 200 milisegundos. "Esto nos permite monitorear los cambios en el catalizador durante la reacción catalítica: podemos observar cambios en las propiedades electrónicas o la disposición de los átomos", dice Fabbri. En otras instalaciones, cada medición individual demora aproximadamente 15 minutos, proporcionando solo una imagen promedio en el mejor de los casos ". Estas mediciones también mostraron cómo cambian las estructuras de las superficies de las partículas cuando están activas: partes del material se vuelven amorfas, lo que significa que los átomos en cada individuolas áreas ya no están distribuidas de manera uniforme. Inesperadamente, esto hace que el material sea un mejor catalizador.
uso en la plataforma ESI
Trabajar en el desarrollo de soluciones tecnológicas para el futuro energético de Suiza es un aspecto esencial de la investigación llevada a cabo en PSI. Con este fin, PSI pone a disposición de la investigación y la industria su plataforma experimental ESI integración del sistema de energía, lo que permite soluciones prometedoras paraprobarse en una variedad de contextos complejos. El nuevo catalizador proporciona una base importante para el desarrollo de una nueva generación de electrolizadores de agua.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer PSI . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :