¡Un paso adelante para el futuro de la energía verde!

Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Sung Mook Choi del Instituto Coreano de Ciencia de Materiales, un instituto de investigación financiado por el gobierno bajo el Ministerio de Ciencia e TIC, ha desarrollado por primera vez en Corea del Sur un proceso de fabricación de electrodos en un solo paso. Este proceso produce electrodos, un componente clave de la electrólisis del agua con membrana de intercambio aniónico, directamente a partir de materias primas hasta un nivel de producción masiva.

Esta tecnología utiliza un proceso de prensado en caliente de un solo paso que convierte el hidróxido de cobalto en un catalizador de óxido de cobalto al mismo tiempo que forma una capa de catalizador altamente uniforme. Este método reemplaza los complejos pasos del proceso existente (hidróxido-óxido-trituración-dispersión-recubrimiento-secado) con un solo paso de recubrimiento. Este logro simplifica el proceso en un 60% en comparación con el método tradicional y permite la creación de una capa de catalizador uniforme. Además, se confirmó que la eficiencia de la producción de hidrógeno y la durabilidad durante el funcionamiento continuo mejoraron significativamente.

Para optimizar el proceso de fabricación de electrodos en un solo paso, el equipo de investigación fabricó con éxito una capa de catalizador compuesta por partículas de óxido uniformes, cada una de 10 nanómetros de tamaño, controlando cuidadosamente las condiciones de la suspensión de hidróxido de cobalto (Co), así como la temperatura y la presión, que son factores clave en el proceso de prensado en caliente. Además, el electrodo desarrollado se utilizó para fabricar un ensamblaje de membrana y electrodo (MEA) que incorpora una membrana de intercambio aniónico y un catalizador de evolución de hidrógeno. Su estabilidad y rendimiento se confirmaron en una celda de electrólisis de agua a escala comercial. Al aplicar el electrodo desarrollado a un sistema de electrólisis del agua con membrana de intercambio aniónico, el equipo demostró la posibilidad de lograr una electrólisis del agua con membrana de intercambio aniónico estable con alta eficiencia de generación de hidrógeno (aproximadamente el 80% basado en el valor calorífico específico bajo) y una baja tasa de degradación (2 milivoltios por kilovatio hora durante 1.000 horas de funcionamiento continuo).

Se espera que la producción de hidrógeno verde a partir de la electrólisis del agua alcance los 11 millones de toneladas y los 69 gigavatios de capacidad para 2030. En Corea, se están realizando esfuerzos para desarrollar tecnología para demostrar un sistema de electrólisis del agua con membrana de intercambio aniónico a nivel de megavatios para 2024, con el objetivo de comercializar un sistema de este tipo para 2030. Actualmente, el nivel doméstico de tecnología de electrólisis del agua con membrana de intercambio aniónico es aproximadamente del 70-80% de los estándares de clase mundial. Esto requiere una inversión significativa en campos relacionados y una necesidad urgente de asegurar la tecnología original central y localizar la tecnología. A través del desarrollo de esta tecnología, se espera que, al asegurar la tecnología fuente para el proceso de fabricación de electrodos que se puede producir en masa, sea posible asegurar una ventaja global en tecnologías relacionadas, localizar la tecnología de electrólisis del agua y crear y dominar los mercados de electrólisis del agua en el extranjero.

El Dr. Sung Mook Choi, investigador principal, declaró: “Al desarrollar un proceso de fabricación de electrodos de prensado en caliente en un solo paso con alta confiabilidad de proceso, hemos abordado uno de los desafíos clave relacionados con la comercialización de la electrólisis del agua con membrana de intercambio aniónico”. Añadió además: “Si se aplica esta tecnología, anticipamos que será posible la producción en masa de electrólisis del agua con membrana de intercambio aniónico, reduciendo significativamente los costos unitarios”.

Este trabajo fue apoyado por la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno de Corea (MSIT) (No. 2021R1A2C2014348) y el Proyecto Fundamental del Instituto Coreano de Ciencia de Materiales. Además, los resultados de la investigación fueron aprobados para su publicación en Applied Energy el 5 de junio (El primer autor: Shin-Woo Myeong, candidato a doctorado (Instituto Coreano de Ciencia de Materiales, Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan), Jaehoon Jeong, asistente técnico (Instituto Coreano de Ciencia de Materiales). El equipo de investigación está llevando a cabo estudios de seguimiento para comercializar la electrólisis del agua AEM. Sus objetivos incluyen aumentar la producción de hidrógeno elevando la densidad de corriente, mejorando la durabilidad y desarrollando tecnologías para la producción en masa de materiales y componentes, así como para la operación de la pila.

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Acerca de Instituto Coreano de Ciencia de Materiales (KIMS)

KIMS es un instituto de investigación sin fines de lucro financiado por el gobierno bajo el Ministerio de Ciencia e TIC de la República de Corea. Como el único instituto especializado en tecnologías de materiales integrales en Corea, KIMS ha contribuido a la industria coreana llevando a cabo una amplia gama de actividades relacionadas con la ciencia de materiales, incluida la I+D, la inspección, las pruebas y la evaluación, y el apoyo tecnológico.