Aceleración de la disociación del agua en membranas bipolares y para electrocatálisis

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• La disociación del agua (WD) es crucial para la fabricación de membranas bipolares (BPM) y la mejora de las reacciones electrocatalíticas en condiciones neutrales a alcalinas.
• Se necesita una catálisis de WD eficiente para superar las limitaciones cinéticas en los dispositivos electroquímicos que funcionan con agua.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y evaluar un electrolizador BPM para la medición cuantitativa de la cinética del WD.
• Para correlacionar la actividad de WD con la actividad de la reacción de evolución del hidrógeno alcalino (HER) para las nanopartículas metálicas.
• Desarrollar un sistema BPM eficiente para la electrólisis del agua pura.

Principales métodos:

• Fabricación de un electrolizador BPM para la medición in situ de la cinética del WD.
• Utilizando nanopartículas metálicas y catalizadores de óxido de metal con diferentes eficiencias de pH.
• Caracterización electroquímica que incluye mediciones de sobrepotencial y tensión en diferentes densidades de corriente.

Principales resultados:

• Se encontró que la actividad de WD de las nanopartículas metálicas se correlacionaba con la actividad alcalina de HER.
• Un sistema de catalizador combinado logró sobrepotenciales de WD por debajo de 10 mV a 20 mA·cm-2.
• Electrolizadores BPM de agua pura que funcionan a 500 mA·cm−2 con una tensión total de aproximadamente 2,2 V.

Conclusiones:

• El desarrollado electrolizador BPM cuantifica con precisión la cinética de WD.
• Las combinaciones optimizadas de catalizadores reducen significativamente los potenciales excesivos para la disociación del agua.
• Esta tecnología permite una eficiente electrólisis de agua pura para diversas aplicaciones electroquímicas.