Energía perpetua a partir del agua
Investigadores de la Universidad de Rice han creado un dispositivo eficiente y de bajo costo que divide el agua para producir combustible de hidrógeno.
Sección transversal a través de microscopio electrónico y esquema que muestran la estructura de un catalizador integrado, alimentado por energía solar, capaz de dividir el agua en combustible de hidrógeno y oxígeno. El módulo desarrollado en la Universidad de Rice puede ser sumergido en agua directamente, para producir combustible cuando se expone a la luz solar. / Jia Liang / Rice University
La plataforma desarrollada por el laboratorio de la Escuela de Ingeniería Brown del científico de materiales de Rice, Jun Lou, integra electrodos catalíticos y células solares de perovskita que, cuando son activadas por la luz solar, producen electricidad. La corriente fluye hacia los catalizadores que convierten el agua en hidrógeno y oxígeno, con una eficiencia de luz solar a hidrógeno de hasta el 6,7%.
Este tipo de catálisis no es nuevo, pero el laboratorio empaquetó una capa de perovskita y los electrodos en un solo módulo que, cuando se deja caer en el agua y se coloca a la luz del sol, produce hidrógeno sin más entradas.
La plataforma presentada por Lou, autor principal, y por el becario postdoctoral de Rice Jia Liang en la revista ACS Nano de la Sociedad Americana de Química, es un productor autosuficiente de combustible que, según ellos, debería ser simple de producir a gran escala.
“El concepto es similar a una hoja artificial“, dijo Lou. “Lo que tenemos es un módulo integrado que convierte la luz solar en electricidad que a su vez impulsa una reacción electroquímica. Utiliza el agua y la luz solar para obtener combustibles químicos”.
Las perovskitas son cristales que se sabe recogen luz. Las células solares de perovskita más eficientes producidas hasta ahora alcanzan una eficiencia superior al 25%, pero dichos materiales son caros y tienden a verse estresados por la luz, la humedad y el calor.
“Jia ha sustituido los componentes más caros, como el platino, en las células solares de perovskita por alternativas como el carbono”, dijo Lou. “Eso reduce la barrera de entrada para su adopción comercial. Los dispositivos integrados como este son prometedores porque crean un sistema que es sostenible. No se requiere energía externa para mantener el módulo en funcionamiento”.
Liang dijo que el componente clave puede no ser la perovskita sino el polímero que la encapsula, protegiendo al módulo y permitiendo que se sumerja durante largos períodos. “Otros han desarrollado sistemas catalíticos que conectan la célula solar fuera del agua a los electrodos sumergidos con un cable”, dijo. “Simplificamos el sistema encapsulando la capa de perovskita con una película de Surlyn (polímero)”.
La película permite que la luz del Sol llegue a la célula solar mientras la protege y sirve como aislante entre las células y los electrodos, dijo Liang.
“Con un diseño inteligente del sistema, potencialmente se podría hacer un bucle autosuficiente”, dijo Lou. “Incluso cuando no hay luz solar, puedes usar la energía almacenada en forma de combustible químico. Puedes poner los productos de hidrógeno y oxígeno en tanques separados e incorporar otro módulo como una celda de combustible para convertir esos combustibles en electricidad”.
Los investigadores dijeron que continuarán mejorando la técnica de encapsulado así como las propias células solares para aumentar la eficiencia de los módulos.
