Investigadores coreanos han desarrollado un sistema autónomo de producción de hidrógeno basado en una batería de zinc-aire > elimina riesgos de incendio y optimiza la producción de hidrógeno verde
CONTENIDO: Ventajas del hidrógeno como fuente de energía- Limitaciones en la producción de hidrógeno verde- Innovación en catalizadores para baterías de zinc-aire -Batería de zinc-aire: seguridad y sostenibilidad -Implicaciones ecológicas y sostenibilidad
La tecnología de batería de zinc-aire, en combinación con un sistema de electrólisis del agua, puede servir como un sistema de almacenamiento de energía de próxima generación, seguro y respetuoso con el medio ambiente.
Investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han desarrollado un nuevo sistema de producción de hidrógeno que promete superar las limitaciones actuales de la producción de hidrógeno verde. Este sistema permitirá una producción estable de hidrógeno mediante un sistema de división de agua que utiliza un electrolito soluble en agua y elimina el riesgo de incendio.
El equipo de investigación del profesor Jeung Ku Kang, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, diseñó un sistema de producción de hidrógeno autosostenible basado en una batería de zinc-aire de alto rendimiento. Los resultados de esta investigación fueron publicados en la revista Advanced Science.
Ventajas del hidrógeno como fuente de energía
El hidrógeno (H₂) es un material clave en la síntesis de materiales de alto valor añadido y está captando atención como un combustible limpio con una densidad de energía de 142 MJ/kg, lo que representa un valor tres veces superior al de los combustibles fósiles (como la gasolina y el diésel). Sin embargo, los métodos actuales de producción de hidrógeno generan dióxido de carbono (CO₂), contribuyendo así a las emisiones de gases de efecto invernadero.
Limitaciones en la producción de hidrógeno verde
La producción de hidrógeno verde, basada en la división de agua con fuentes de energía renovable como la energía solar y la eólica, enfrenta el problema de la baja eficiencia debido a la generación de energía intermitente causada por variaciones en temperatura y condiciones climáticas. Para superar este obstáculo, se están investigando tecnologías como las celdas de aire, capaces de proporcionar un voltaje suficiente (1,23 V o superior) para la producción de hidrógeno mediante la división del agua. No obstante, el uso de celdas de aire requiere catalizadores de metales preciosos para lograr una capacidad adecuada, lo que incrementa los costos y limita la sostenibilidad. Además, el rendimiento de estos catalizadores se deteriora rápidamente durante ciclos prolongados de carga y descarga.
Innovación en catalizadores para baterías de zinc-aire
Para resolver estos desafíos, es esencial desarrollar catalizadores eficaces para las reacciones de generación de oxígeno e hidrógeno y materiales estables para las reacciones de carga y descarga en los electrodos de las baterías de zinc-aire. En respuesta a esta necesidad, el equipo del profesor Kang propuso un método para sintetizar un material catalizador sin metales preciosos, conocido como G-SHELL, utilizando un marco metálico-orgánico de tamaño nanométrico que crece sobre óxido de grafeno. Este innovador catalizador es eficaz para las tres reacciones catalíticas necesarias: generación de oxígeno, generación de hidrógeno y reducción de oxígeno.
El equipo confirmó que este material catalizador, integrado en el electrodo de aire de la batería, ofrece una densidad de energía de 797 Wh/kg, aproximadamente cinco veces superior a la de las baterías convencionales, y unas características de alto rendimiento con una salida de 275,8 mW/cm². Además, este material demostró ser duradero, manteniendo su estabilidad en condiciones de carga y descarga repetidas.
Batería de zinc-aire: seguridad y sostenibilidad
Una ventaja crucial de la batería de zinc-aire es su seguridad frente al riesgo de incendio, ya que funciona con un electrolito soluble en agua. Esto convierte a la batería en una opción prometedora para la producción de hidrógeno mediante un sistema de electrólisis del agua, funcionando como un dispositivo de almacenamiento de energía de próxima generación.
El profesor Kang expresó que el sistema de producción de hidrógeno autosostenible basado en batería de zinc-aire, implementado mediante el desarrollo de un catalizador de alta actividad y larga vida útil para tres reacciones electroquímicas distintas, representa un avance significativo para superar las limitaciones actuales en la producción de hidrógeno verde.
Implicaciones ecológicas y sostenibilidad
Este avance tiene el potencial de transformar la industria energética al proporcionar una fuente de energía limpia y eficiente sin los riesgos asociados a las baterías de litio y los combustibles fósiles. La tecnología no solo minimiza el impacto ambiental de la producción de hidrógeno, sino que también impulsa la sostenibilidad mediante el uso de materiales no contaminantes y seguros, en línea con los objetivos de transición energética y reducción de emisiones de CO₂. Además, la utilización de la batería de zinc-aire en sistemas de producción de hidrógeno amplía las posibilidades de integración con fuentes de energía renovable, creando una solución más robusta y ecológica para el almacenamiento y generación de energía.
Este desarrollo por parte del KAIST podría ser clave en la creación de infraestructuras energéticas sostenibles y, a largo plazo, en la sustitución de tecnologías basadas en combustibles fósiles, contribuyendo a un futuro más limpio y eficiente en términos energéticos.
Más información: wiley.com
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