La estrategia de mejora de la entropía permite una utilización de Pt altamente eficiente para la coelectrolisis...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Las celdas de electrólisis de óxido sólido a alta temperatura (SOEC) convierten eficientemente el H2O y el CO2 en combustibles.
• El platino (Pt) es un catalizador muy eficaz para este proceso, pero es prohibitivamente caro.
• La reducción de la carga de Pt al tiempo que se mantiene la actividad catalítica es crucial para la viabilidad económica.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar catalizadores rentables para la coelectrolisis de H2O y CO2.
• Mejorar la eficiencia de utilización de Pt y el rendimiento catalítico en la electrólisis de óxidos sólidos.
• Investigar el papel de la entropía en la estabilización de los catalizadores de aleaciones a base de Pt.

Principales métodos:

• Simulaciones computacionales que incluyen dinámica molecular ab initio y teoría funcional de la densidad (DFT).
• Síntesis de catalizadores de aleación que contienen Pt de tamaño 10 nm utilizando métodos in situ y técnicas de infiltración.
• Fabricación y ensayo de células de electrólisis de óxido sólido con los nuevos catalizadores.

Principales resultados:

• Los catalizadores de aleación mejorados por entropía muestran una alta utilización de Pt, actividad catalítica y estabilidad térmica.
• Las predicciones computacionales confirman la estabilización de la entropía de Pt y propiedades catalíticas comparables a Pt puro.
• Reducción de la carga Pt en un 80% con un rendimiento mantenido, superando a los materiales de electrodos ampliamente adoptados.
• Escalado con éxito a celdas de tamaño industrial (16 cm2) logrando altas densidades de corriente (1,6 A/cm2 a 1,5 V, 850 °C).
• Funcionamiento estable durante más de 200 horas a 1 A/cm2 y 850 °C con una degradación insignificante.

Conclusiones:

• Los catalizadores de aleación de alta entropía ofrecen una estrategia prometedora para una coelectrolisis rentable y eficiente.
• Los catalizadores desarrollados demuestran un excelente rendimiento, estabilidad y escalabilidad para aplicaciones industriales.
• Este enfoque reduce significativamente la dependencia del costoso platino, allanando el camino para la conversión práctica de gases de efecto invernadero.