Hongjie Dai y sus colegas han desarrollado un dispositivo barato, libre de emisiones que utiliza una batería de 1,5 voltios para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El gas hidrógeno podría utilizarse para alimentar pilas de combustible en los vehículos de cero emisiones.
Hongjie Dai y sus colegas han desarrollado un dispositivo barato, libre de emisiones que utiliza una batería de 1,5 voltios para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El gas hidrógeno podría utilizarse para alimentar pilas de combustible en los vehículos de cero emisiones.
En 2015, los consumidores estadounidenses finalmente podrán comprar los coches de pila de combustible de Toyota y otros fabricantes. Aunque promocionado como vehículos de cero emisiones, la mayoría de los coches funcionarían con hidrógeno a partir de gas natural, un combustible fósil que contribuye al calentamiento global.
Ahora científicos de la Universidad de Stanford han desarrollado un dispositivo de bajo costo y libre de emisiones que utiliza una batería AAA ordinaria para producir hidrógeno por electrólisis del agua. La batería envía una corriente eléctrica a través de dos electrodos que dividen el agua líquida en hidrógeno y gas de oxígeno. A diferencia de otros separadores de agua que utilizan catalizadores de metales preciosos, los electrodos en el dispositivo de Stanford están hechos de níquel y hierro baratos y abundantes.
"Utilizando níquel y hierro, que son materiales baratos, hemos sido capaces de hacer los electrocatalizadores suficientemente activos para dividir el agua a temperatura ambiente con una sola batería de 1,5 voltios," dijo Hongjie Dai, profesor de química en Stanford. "Esta es la primera vez que alguien ha utilizado catalizadores de metales no preciosos para dividir el agua a una tensión tan baja. Es bastante notable, ya que normalmente necesita metales caros, como el platino o iridio, para lograr que la tensión."
Además de la producción de hidrógeno, el novedoso separador de agua podría ser utilizado para hacer el gas de cloro e hidróxido de sodio, un importante producto químico industrial, de acuerdo con Dai. Él y sus colegas describen el nuevo dispositivo en un estudio publicado en la edición del 22 de agosto de la revista Nature Communications.
La promesa de hidrógeno
Los fabricantes de automóviles han considerado durante mucho tiempo la pila de combustible de hidrógeno en una alternativa prometedora para el motor de gasolina. La tecnología de células de combustible es esencialmente la disociación del agua en sentido inverso. Una célula de combustible combina almacena gas de hidrógeno con el oxígeno del aire para producir electricidad, que alimenta el coche. El único subproducto es el agua - a diferencia de la combustión de gasolina, que emite dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero.
A principios de este año, Hyundai comenzó el arrendamiento de vehículos de pila de combustible en el sur de California. Toyota y Honda comenzará a vender coches de pila de combustible en 2015 La mayor parte de estos vehículos funcionarían con combustible fabricado en grandes plantas industriales que producen hidrógeno mediante la combinación de vapor muy caliente y de gas natural, un proceso intensivo de energía que libera dióxido de carbono como subproducto.
Dividir el agua para producir hidrógeno no requiere de combustibles fósiles y no emite gases de efecto invernadero. Pero los científicos aún no han desarrollado un, separador de agua activo asequible con catalizadores capaces de trabajar a escalas industriales.
"Ha sido una búsqueda constante por décadas para hacer electrocatalizadores bajo costo con alta actividad y larga duración", dijo Dai. "Cuando nos enteramos de que un catalizador a base de níquel es tan efectivo como el platino, que fue una completa sorpresa."
Ahorrar energía y dinero
El descubrimiento fue realizado por el estudiante graduado de Stanford Ming Gong, co-autor principal del estudio. "Ming descubrió una estructura de níquel-metal / óxido de níquel que resulta ser más activo que el metal de níquel puro u óxido de níquel puro solo", dijo Dai. "Esta nueva estructura favorece electrocatálisis de hidrógeno, pero todavía no entiendo completamente la ciencia detrás de ella."
El catalizador de níquel / níquel-óxido reduce significativamente la tensión necesaria para dividir el agua, lo que eventualmente podría salvar productores de hidrógeno miles de millones de dólares en costos de electricidad, según Gong. Su siguiente objetivo es mejorar la durabilidad del dispositivo.
"Los electrodos son bastante estables, pero ellos se desintegran lentamente con el tiempo," dijo. "El dispositivo actual probablemente funcione durante días, semanas o meses, pero sería preferible. Ese objetivo se puede lograr sobre la base de los resultados de mis más recientes"
Los investigadores también planean desarrollar un divisor de agua que funciona con electricidad producida por energía solar.
"El hidrógeno es un combustible ideal para la alimentación de los vehículos, edificios y almacenamiento de energía renovable en la red", dijo Dai. "Estamos muy contentos de haber sido capaces de hacer un catalizador que es muy activo y de bajo costo. Esto demuestra que a través de la ingeniería a nanoescala de los materiales que realmente podemos hacer una diferencia en la forma en que hacemos los combustibles y consumimos energía."
Otros autores del estudio son Wu Zhou, Laboratorio Nacional de Oak Ridge (co-autor); Mingyun Guan, Meng-Chang Lin, Zhang Bo, Di-Yan Wang y Yang Jiang, Stanford; Mon-Che Tsai y Bing-Joe Wang, de la Universidad Nacional de Taiwán de Ciencia y Tecnología; Jiang Zhou y Yongfeng Hu, Canadian Light Source Inc .; y Stephen J. Pennycook, Universidad de Tennessee.
![Cientíticos de Stanford desarrollan un separador de agua que funciona en una batería AAA ordinaria [eng]](https://cdn.mnmstatic.net/cache/22/33/media_thumb_2x-link-2241325.jpeg?1417830912)
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Hongjie Dai y sus colegas han desarrollado un dispositivo barato, libre de emisiones que utiliza una batería de 1,5 voltios para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El gas hidrógeno podría utilizarse para alimentar pilas de combustible en los vehículos de cero emisiones.
En 2015, los consumidores estadounidenses finalmente podrán comprar los coches de pila de combustible de Toyota y otros fabricantes. Aunque promocionado como vehículos de cero emisiones, la mayoría de los coches funcionarían con hidrógeno a partir de gas natural, un combustible fósil que contribuye al calentamiento global.
Ahora científicos de la Universidad de Stanford han desarrollado un dispositivo de bajo costo y libre de emisiones que utiliza una batería AAA ordinaria para producir hidrógeno por electrólisis del agua. La batería envía una corriente eléctrica a través de dos electrodos que dividen el agua líquida en hidrógeno y gas de oxígeno. A diferencia de otros separadores de agua que utilizan catalizadores de metales preciosos, los electrodos en el dispositivo de Stanford están hechos de níquel y hierro baratos y abundantes.
"Utilizando níquel y hierro, que son materiales baratos, hemos sido capaces de hacer los electrocatalizadores suficientemente activos para dividir el agua a temperatura ambiente con una sola batería de 1,5 voltios," dijo Hongjie Dai, profesor de química en Stanford. "Esta es la primera vez que alguien ha utilizado catalizadores de metales no preciosos para dividir el agua a una tensión tan baja. Es bastante notable, ya que normalmente necesita metales caros, como el platino o iridio, para lograr que la tensión."
Además de la producción de hidrógeno, el novedoso separador de agua podría ser utilizado para hacer el gas de cloro e hidróxido de sodio, un importante producto químico industrial, de acuerdo con Dai. Él y sus colegas describen el nuevo dispositivo en un estudio publicado en la edición del 22 de agosto de la revista Nature Communications.
La promesa de hidrógeno
Los fabricantes de automóviles han considerado durante mucho tiempo la pila de combustible de hidrógeno en una alternativa prometedora para el motor de gasolina. La tecnología de células de combustible es esencialmente la disociación del agua en sentido inverso. Una célula de combustible combina almacena gas de hidrógeno con el oxígeno del aire para producir electricidad, que alimenta el coche. El único subproducto es el agua - a diferencia de la combustión de gasolina, que emite dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero.
A principios de este año, Hyundai comenzó el arrendamiento de vehículos de pila de combustible en el sur de California. Toyota y Honda comenzará a vender coches de pila de combustible en 2015 La mayor parte de estos vehículos funcionarían con combustible fabricado en grandes plantas industriales que producen hidrógeno mediante la combinación de vapor muy caliente y de gas natural, un proceso intensivo de energía que libera dióxido de carbono como subproducto.
Dividir el agua para producir hidrógeno no requiere de combustibles fósiles y no emite gases de efecto invernadero. Pero los científicos aún no han desarrollado un, separador de agua activo asequible con catalizadores capaces de trabajar a escalas industriales.
"Ha sido una búsqueda constante por décadas para hacer electrocatalizadores bajo costo con alta actividad y larga duración", dijo Dai. "Cuando nos enteramos de que un catalizador a base de níquel es tan efectivo como el platino, que fue una completa sorpresa."
Ahorrar energía y dinero
El descubrimiento fue realizado por el estudiante graduado de Stanford Ming Gong, co-autor principal del estudio. "Ming descubrió una estructura de níquel-metal / óxido de níquel que resulta ser más activo que el metal de níquel puro u óxido de níquel puro solo", dijo Dai. "Esta nueva estructura favorece electrocatálisis de hidrógeno, pero todavía no entiendo completamente la ciencia detrás de ella."
El catalizador de níquel / níquel-óxido reduce significativamente la tensión necesaria para dividir el agua, lo que eventualmente podría salvar productores de hidrógeno miles de millones de dólares en costos de electricidad, según Gong. Su siguiente objetivo es mejorar la durabilidad del dispositivo.
"Los electrodos son bastante estables, pero ellos se desintegran lentamente con el tiempo," dijo. "El dispositivo actual probablemente funcione durante días, semanas o meses, pero sería preferible. Ese objetivo se puede lograr sobre la base de los resultados de mis más recientes"
Los investigadores también planean desarrollar un divisor de agua que funciona con electricidad producida por energía solar.
"El hidrógeno es un combustible ideal para la alimentación de los vehículos, edificios y almacenamiento de energía renovable en la red", dijo Dai. "Estamos muy contentos de haber sido capaces de hacer un catalizador que es muy activo y de bajo costo. Esto demuestra que a través de la ingeniería a nanoescala de los materiales que realmente podemos hacer una diferencia en la forma en que hacemos los combustibles y consumimos energía."
Otros autores del estudio son Wu Zhou, Laboratorio Nacional de Oak Ridge (co-autor); Mingyun Guan, Meng-Chang Lin, Zhang Bo, Di-Yan Wang y Yang Jiang, Stanford; Mon-Che Tsai y Bing-Joe Wang, de la Universidad Nacional de Taiwán de Ciencia y Tecnología; Jiang Zhou y Yongfeng Hu, Canadian Light Source Inc .; y Stephen J. Pennycook, Universidad de Tennessee.
Vale, en el colegio usábamos una pila de petaca, pero... ¿Dónde está la novedad?