Científicos de la Universidad de Stanford, en California, Estados Unidos, diseñaron un mecanismo electrocatalítico que funciona como el pulmón de un mamífero para convertir el agua en combustible. Su investigación, publicada en la revista Joule, podría ayudar a que las tecnologías de energía limpia existentes a funcionar de manera más eficiente.
Los científicos del laboratorio del autor principal Yi Cui, en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Stanford, se inspiraron en el proceso de respiración para desarrollar mejores electrocatalizadores: materiales que aumentan la velocidad de una reacción química en un electrodo.
"Las tecnologías de energía limpia han demostrado la capacidad del suministro rápido de gas a la interfaz de reacción, pero la vía inversa, la evolución eficiente del producto de gas desde la interfaz de catalizador/electrolito, sigue siendo un reto", dice el primer autor del estudio, Jun Li.
El mecanismo del equipo imita estructuralmente el alvéolo y lleva a cabo dos procesos diferentes para mejorar las reacciones que impulsan tecnologías sostenibles, como las células de combustible y las baterías de metal y aire. El primer proceso es análogo a la exhalación. El mecanismo divide el agua para producir gas de hidrógeno, un combustible limpio, oxidando las moléculas de agua en el ánodo de una batería y reduciéndolas en el cátodo. El gas de oxígeno (junto con el gas de hidrógeno) se produce y se transporta rápidamente a través de una membrana delgada, similar a la de un alvéolo, hecha de polietileno, sin los costos de energía de formación de burbujas.
El segundo proceso es más parecido a la inhalación y genera energía a través de una reacción que consume oxígeno. El gas oxígeno se suministra al catalizador en la superficie del electrodo, por lo que puede usarse como reactivo durante las reacciones electroquímicas.
Aunque todavía se encuentra en las primeras fases de desarrollo, el diseño parece ser prometedor. La membrana de nano-polietileno excepcionalmente delgada permanece hidrófoba durante más tiempo que las capas de difusión de gas basadas en carbono convencionales, y este modelo puede lograr mayores tasas de densidad de corriente y un sobre potencial más bajo que los diseños convencionales.
Sin embargo, este diseño inspirado en los pulmones aún tiene margen de mejora antes de que esté listo para su uso comercial. Dado que la membrana de nano-polietileno es una película a base de polímero, no puede tolerar temperaturas superiores a los cien grados centígrados, lo que podría limitar sus aplicaciones.
El equipo cree que este material puede reemplazarse por membranas hidrófobas nanoporosas, igualmente delgadas, capaces de soportar más calor. Los autores también están interesados en incorporar otros electrocatalizadores en el diseño del dispositivo para explorar completamente sus capacidades catalíticas. "La estructura que imita la respiración se podría acoplar con muchos otros electrocatalizadores de vanguardia, y una mayor exploración del electrodo trifásico gas-líquido-sólido ofrece oportunidades interesantes para la catálisis", dice Jun Li.
RL