publicidad
Noticias científicas
de organizaciones de investigación

Hacer hidrógeno limpio es difícil, pero los investigadores acaban de resolver un gran obstáculo

Fecha :
19 de julio de 2021
Fuente :
Universidad de Texas en Austin
Resumen :
Los investigadores han encontrado una forma económica de resolver la mitad de la ecuación de división del agua para producir hidrógeno como energía limpia, utilizando la luz solar para separar de manera eficiente las moléculas de oxígeno del agua. El hallazgo representa un paso adelante hacia una mayor adopción del hidrógenocomo parte clave de nuestra infraestructura energética.
Compartir :
HISTORIA COMPLETA

Durante décadas, investigadores de todo el mundo han buscado formas de utilizar la energía solar para generar la reacción clave para producir hidrógeno como fuente de energía limpia: dividir las moléculas de agua para formar hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, estos esfuerzos han fracasado en su mayoría porquebien, era demasiado costoso, y tratar de hacerlo a bajo costo conducía a un rendimiento deficiente.

Ahora, investigadores de la Universidad de Texas en Austin han encontrado una forma económica de resolver la mitad de la ecuación, utilizando la luz solar para separar de manera eficiente las moléculas de oxígeno del agua. El hallazgo, publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , representa un paso adelante hacia una mayor adopción del hidrógeno como parte clave de nuestra infraestructura energética.

Ya en la década de 1970, los investigadores estaban investigando la posibilidad de utilizar energía solar para generar hidrógeno. Pero la incapacidad de encontrar materiales con la combinación de propiedades necesarias para un dispositivo que pueda realizar las reacciones químicas clave de manera eficiente ha impedido que se convierta en unmétodo convencional.

"Necesita materiales que sean buenos para absorber la luz solar y, al mismo tiempo, no se degraden mientras tienen lugar las reacciones de división del agua", dijo Edward Yu, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Escuela Cockrell."Resulta que los materiales que son buenos para absorber la luz solar tienden a ser inestables en las condiciones requeridas para la reacción de división del agua, mientras que los materiales que son estables tienden a absorber mal la luz solar. Estos requisitos contradictorios lo llevan a una compensación aparentemente inevitable, pero al combinar varios materiales, uno que absorbe eficientemente la luz solar, como el silicio, y otro que proporciona una buena estabilidad, como el dióxido de silicio, en un solo dispositivo, este conflicto se puede resolver ".

Sin embargo, esto crea otro desafío: los electrones y los agujeros creados por la absorción de la luz solar en el silicio deben poder moverse fácilmente a través de la capa de dióxido de silicio. Esto generalmente requiere que la capa de dióxido de silicio no tenga más de unos pocos nanómetros, lo quereduce su eficacia para proteger el absorbente de silicio de la degradación.

La clave de este avance vino a través de un método para crear trayectorias eléctricamente conductoras a través de una capa gruesa de dióxido de silicio que se puede realizar a bajo costo y escalar a altos volúmenes de fabricación. Para lograrlo, Yu y su equipo utilizaron una técnica que se implementó por primera vez enla fabricación de chips electrónicos semiconductores. Al recubrir la capa de dióxido de silicio con una película delgada de aluminio y luego calentar toda la estructura, se forman matrices de "picos" de aluminio a nanoescala que unen completamente la capa de dióxido de silicio. Estos pueden ser reemplazados fácilmentepor níquel u otros materiales que ayudan a catalizar las reacciones de separación del agua.

Cuando se iluminan con la luz solar, los dispositivos pueden oxidar el agua de manera eficiente para formar moléculas de oxígeno al mismo tiempo que generan hidrógeno en un electrodo separado y exhiben una estabilidad sobresaliente en un funcionamiento prolongado. Debido a que las técnicas empleadas para crear estos dispositivos se utilizan comúnmente en la fabricación de componentes electrónicos semiconductoresdeben ser fáciles de escalar para la producción en masa.

El equipo ha presentado una solicitud de patente provisional para comercializar la tecnología.

Mejorar la forma en que se genera el hidrógeno es clave para su surgimiento como una fuente de combustible viable. La mayor parte de la producción de hidrógeno en la actualidad se produce mediante el calentamiento de vapor y metano, pero que depende en gran medida de los combustibles fósiles y produce emisiones de carbono.

Hay un impulso hacia el "hidrógeno verde" que utiliza métodos más respetuosos con el medio ambiente para generar hidrógeno. Y simplificar la reacción de separación del agua es una parte clave de ese esfuerzo.

El hidrógeno tiene el potencial de convertirse en un recurso renovable importante con algunas cualidades únicas. Ya tiene un papel importante en procesos industriales importantes y está comenzando a aparecer en la industria automotriz. Las baterías de celda de combustible parecen prometedoras en el transporte de larga distancia,y la tecnología del hidrógeno podría ser de gran ayuda para el almacenamiento de energía, con la capacidad de almacenar el exceso de energía eólica y solar producida cuando las condiciones son propicias para ellos.

En el futuro, el equipo trabajará para mejorar la eficiencia de la porción de oxígeno de la división del agua aumentando la velocidad de reacción. El siguiente gran desafío de los investigadores es pasar a la otra mitad de la ecuación.

"Primero pudimos abordar el lado del oxígeno de la reacción, que es la parte más desafiante", dijo Yu, "pero es necesario realizar las reacciones de evolución de hidrógeno y oxígeno para dividir completamente las moléculas de agua, por esonuestro siguiente paso es analizar la aplicación de estas ideas para hacer dispositivos para la porción de hidrógeno de la reacción ".


Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.


Referencia de la revista :

  1. Soonil Lee, Li Ji, Alex C. De Palma, Edward T. Yu. Fotoanodos de semiconductores-aislantes de metal a base de Si escalables y altamente estables para la oxidación del agua fabricados mediante reacciones de película delgada y electrodeposición . Comunicaciones de la naturaleza , 2021; 12 1 DOI: 10.1038 / s41467-021-24229-y

cite esta página :

Universidad de Texas en Austin. "Hacer hidrógeno limpio es difícil, pero los investigadores acaban de resolver un gran obstáculo". ScienceDaily. ScienceDaily, 19 de julio de 2021. .
Universidad de Texas en Austin. 2021, 19 de julio. Hacer hidrógeno limpio es difícil, pero los investigadores acaban de resolver un gran obstáculo. ScienceDaily . Obtenido el 19 de julio de 2021 de www.science-things.com/releases/2021/07/210719143405.htm
Universidad de Texas en Austin. "Hacer hidrógeno limpio es difícil, pero los investigadores acaban de resolver un gran obstáculo". ScienceDaily. Www.science-things.com/releases/2021/07/210719143405.htm consultado el 19 de julio de 2021.

1

2

3

4

5
HISTORIAS RELACIONADAS