As fontes de energia renováveis podem reduzir as emissões prejudiciais, reduzir a dependência de combustíveis fósseis e aumentar a eficiência. No entanto, muitas tecnologias de energia limpa continuam caras porque dependem de materiais caros, como metais do grupo da platina (PGMs), e exigem formas eficientes de armazenar energia para uso posterior.
Pesquisadores da Universidade de Washington, em St. Louis, estão trabalhando em uma possível solução. Uma equipe liderada por Gan Wu, professor de engenharia energética, ambiental e química na Escola de Engenharia McKelvey, desenvolveu um novo catalisador projetado para um eletrolisador de água com membrana de troca aniônica (AEMWE). Esta tecnologia utiliza eletricidade renovável para dividir a água em hidrogénio e oxigénio, produzindo combustível de hidrogénio limpo no processo.
Um novo catalisador de hidrogênio sem platina
O grupo de Wu se concentrou na substituição dos caros materiais à base de platina comumente usados em sistemas de produção de hidrogênio. A sua abordagem utiliza fontes renováveis de eletricidade derivadas da luz solar, do vento ou da água para permitir a separação do hidrogénio das moléculas de água.
“A transição da água para o hidrogênio é uma forma muito desejável de armazenar energia para diversas aplicações”, disse Wu. “O próprio hidrogênio pode ser usado como transportador de energia e é útil para várias indústrias e manufaturas químicas.”
Para criar um catalisador, os pesquisadores combinaram fosfeto de rênio (Re2P) e fosfeto de molibdênio (MoP). Juntos, os dois materiais criaram um compósito altamente eficiente que melhorou o processo de extração de hidrogênio. O componente rênio ajudou o hidrogênio a se fixar e a ser liberado da superfície do catalisador, enquanto o molibdênio acelerou a divisão da água no eletrólito alcalino.
Desempenho durável para energia limpa
A equipe combinou o novo catalisador com um ânodo de níquel-ferro e descobriu que o sistema teve um desempenho melhor do que os principais cátodos de última geração, incluindo cátodos baseados em materiais MPG. De acordo com Wu, o catalisador também operou por mais de 1.000 horas em densidades de corrente de nível industrial de 1 e 2 amperes por centímetro quadrado. Isso o torna um dos cátodos livres de platina mais robustos já desenvolvidos para um eletrolisador de água com membrana de troca aniônica.
“Nossas descobertas nos permitiram racionalizar o importante papel do desenvolvimento de uma rede de ligação de hidrogênio na interface catalisador-eletrólito no desenvolvimento de AEMWEs de alto desempenho e baixo custo”, disse Wu. “Nosso catalisador apresentou a resistência mais baixa em toda a faixa de potencial estudada, indicando a cinética de adsorção de hidrogênio mais rápida entre os catalisadores estudados. Esses números de desempenho e durabilidade recentemente alcançados tornam nosso catalisador um dos conjuntos de eletrodos de membrana mais promissores para eletrolisadores práticos de água com membrana de troca aniônica.”
Potencial para produção de hidrogênio em larga escala
Embora os experimentos tenham sido conduzidos em escala laboratorial, os pesquisadores planejam continuar estudando se a tecnologia pode ser ampliada para uso industrial.
O trabalho foi apoiado financeiramente pelo G. Wu Startup Fund da Washington University em St.
