Hacia un rendimiento mucho mayor de la obtención de hidrógeno a partir de agua y energía solar

El hidrógeno es un componente importante del futuro sistema energético sostenible que poco a poco la humanidad comienza a poner en pie. Este gas almacena energía en forma química y puede utilizarse de muchas maneras: como combustible, como materia prima para otros combustibles y productos químicos o incluso para generar electricidad en células de combustible.

Un método para producir hidrógeno de forma climáticamente neutra (sin aumento neto de gases con efecto invernadero) es la electrólisis solar, la descomposición electroquímica del agua en sus dos elementos químicos constituyentes, con ayuda de la luz solar. Para ello se necesitan fotoelectrodos que proporcionen un fotovoltaje y una fotocorriente idóneos cuando se exponen a la luz y que, al mismo tiempo, no se corroan en el agua. Los compuestos de óxido metálico reúnen condiciones prometedoras para ello. Por ejemplo, los dispositivos de electrólisis solar que utilizan fotoelectrodos de vanadato de bismuto alcanzan ya hoy en día una eficiencia de conversión de energía solar en hidrógeno de aproximadamente un 8 por ciento, lo que se acerca al máximo teórico del material que es un 9 por ciento.

Para lograr eficiencias superiores al 9 por ciento, se necesitan nuevos materiales. Un compuesto de estaño, wolframio y oxígeno, concretamente el óxido metálico alfa-SnWO4, es perfectamente adecuado para la electrólisis solar. En teoría, un fotoánodo hecho de este material podría convertir aproximadamente un 20 por ciento de la luz solar irradiada en energía química (almacenada en forma de hidrógeno). Por desgracia, el compuesto se degrada muy rápidamente en un ambiente acuoso.

Unas finas capas de un óxido de níquel, concretamente NiOx, pueden proteger el fotoánodo de alfa-SnWO4 contra la corrosión, pero se descubrió que también reducen significativamente el fotovoltaje.

A fin de averiguar por qué ocurre esto, el equipo de Fatwa Abdi y Patrick Schnell, del centro Helmholtz de Berlín para Materiales y Energía, en Alemania, ha analizado la interfase alfa-SnWO4 / NiOx detalladamente en el acelerador de partículas BESSY II de Alemania.

Los investigadores examinaron muestras con diferentes espesores de NiOx mediante espectroscopia de rayos X duros e interpretaron los datos obtenidos comparándolos con resultados de cálculos y simulaciones. Los resultados indican que se forma una fina capa de óxido en la interfase, lo que reduce el fotovoltaje.

En general, el estudio proporciona nuevos conocimientos fundamentales sobre la compleja naturaleza de las interfases en los fotoelectrodos basados en óxidos metálicos. “Estos conocimientos son muy útiles para el desarrollo de fotoelectrodos de óxido metálico de bajo coste y fabricables a gran escala”, afirma Abdi. El alfa-SnWO4 resulta especialmente prometedor en este sentido. “Ahora estamos trabajando en un proceso de deposición alternativo para el NiOx en el alfa-SnWO4 que no conduce a la formación de una capa de óxido en la interfase. Si esto tiene éxito, esperamos que el rendimiento fotoelectroquímico del alfa-SnWO4 aumente significativamente”.

Fuente: noticiasdelaciencia.com

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