Los investigadores de KAIST han desarrollado un nuevo sistema de producción de hidrógeno que supera las limitaciones actuales de la producción de hidrógeno verde. Se espera que el sistema, utilizando un sistema de división de agua con un electrolito acuoso, bloquee los riesgos de incendio y permita una producción estable de hidrógeno.
KAIST (representado por el presidente Kwang Hyung Lee) anunció el 22 de octubre que un equipo de investigación dirigido por el profesor Jeong Ku Kang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales ha desarrollado un sistema de producción de hidrógeno autopropulsado basado en zinc-aire de alta eficiencia. Batería*.
* Batería de zinc-aire: Batería primaria que absorbe oxígeno del aire y lo utiliza como oxidante. Su ventaja es su larga vida útil, pero su baja fuerza electromotriz es una desventaja.
Hidrógeno (H2) es una materia prima clave para la síntesis de materiales de alto valor añadido, y está llamando la atención como combustible limpio con una densidad energética tres veces superior (142 MJ/kg) que los combustibles fósiles tradicionales (gasolina, diésel, etc.). ). ) Sin embargo, la mayoría de los métodos actuales de producción de hidrógeno imponen una carga ambiental porque emiten dióxido de carbono (CO2)
El hidrógeno verde se puede producir dividiendo el agua utilizando fuentes de energía renovables como células solares y energía eólica, pero estas fuentes están sujetas a una generación de energía errática debido a las fluctuaciones climáticas y de temperatura, lo que resulta en una baja eficiencia de división del agua.
Para superar esto, están atrayendo la atención las baterías de aire que pueden emitir suficiente voltaje (superior a 1,23 V) para dividir el agua. Sin embargo, se requieren costosos catalizadores de metales preciosos para lograr una capacidad suficiente, y el rendimiento del material catalizador se degrada significativamente durante ciclos prolongados de carga y descarga. Por lo tanto, es esencial desarrollar catalizadores eficaces para materiales que puedan estabilizar las reacciones de división del agua (desprendimiento de oxígeno e hidrógeno) y las reacciones repetidas de carga y descarga (reducción y desprendimiento de oxígeno) en electrodos de baterías de zinc-aire.
En respuesta, el equipo de investigación del profesor Kang propuso un método para sintetizar un material catalítico de metales no preciosos (G-SHELL) que es eficaz en tres reacciones catalíticas diferentes (evolución de oxígeno, evolución de hidrógeno y reducción de oxígeno) a través de metales de tamaño nanométrico. crecimiento. -Estructura orgánica en óxido de grafeno.
El equipo incorporó material catalizador avanzado en el cátodo de aire de una batería de zinc-aire, lo que garantizó que lograra una densidad de energía casi cinco veces mayor (797 Wh/kg), características de potencia más altas (275,8 mW/cm²) y estabilidad a largo plazo. En condiciones de carga y descarga repetidas en comparación con las baterías convencionales.
Además, las baterías de zinc-aire, que funcionan con electrolitos acuosos, están a salvo de riesgos de incendio. Se espera que este sistema pueda aplicarse como dispositivo de almacenamiento de energía de próxima generación cuando se combine con un sistema de electrólisis de agua, lo que proporciona un método respetuoso con el medio ambiente para la producción de hidrógeno.
El profesor Kang explicó: “Utilizando un método simple para producir un material catalítico con alta actividad y estabilidad para tres reacciones catalíticas electroquímicas diferentes a bajas temperaturas, hemos implementado un sistema de producción de hidrógeno autoalimentado basado en baterías de zinc-aire para superar los nuevos avances que presenta. Limitaciones actuales de la producción de hidrógeno verde”.
El candidato a doctorado Dong Won Kim y Jihoon Kim, estudiante de maestría en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de KIST, fueron los primeros autores del estudio, que fue publicado en la revista internacional. ciencia avanzada 17 de septiembre en el campo multidisciplinario de la ciencia de materiales.
Esta investigación fue apoyada por el Programa de Desarrollo de Tecnología de Nano y Materiales del Ministerio de Ciencia y TIC y la Fundación Nacional de Investigación del Laboratorio de Investigación de Tecnología Futura de Corea.