Subvención de consolidación del ERC para el Dr. Felix Gunkel y "Bueyes revueltos"
El Dr. Felix Gunkel, de la División de Materiales Electrónicos del Instituto Peter Grünberg (PGI-7) del Forschungszentrum Jülich, ha recibido una subvención de consolidación del Consejo Europeo de Investigación (CEI). Durante los próximos cinco años, su proyecto "Bueyes revueltos" recibirá una financiación de dos millones de euros. Su objetivo es utilizar un nuevo diseño de materiales para desarrollar materiales especialmente estables y eficientes para la electrólisis del agua, un proceso clave para la producción ecológica de hidrógeno.
El hidrógeno se considera un medio versátil de almacenamiento de energía con potencial para sustituir a los combustibles fósiles. Es especialmente sostenible cuando se produce por electrólisis, un proceso en el que el agua se descompone en sus componentes utilizando electricidad.
Para que este proceso funcione, se necesitan catalizadores, materiales que aceleran las reacciones y que, en condiciones ideales, no se consumen. La reacción de evolución del oxígeno (REO), en la que las moléculas de agua se descomponen para liberar oxígeno, es un paso especialmente difícil del proceso, ya que requiere un gran exceso de energía. La cantidad de energía necesaria y el tiempo que un material permanece estable, y por tanto eficaz, dependen en gran medida de la composición y estructura del catalizador.
"Vengo de la investigación en nanoelectrónica, donde hemos aprendido a fabricar materiales a medida con un alto grado de precisión. Ahora quiero aplicar esta metodología a cuestiones relacionadas con la energía", afirma el Dr. Felix Gunkel. "Especialmente para la transición energética, necesitamos desarrollar materiales nuevos y potentes y traspasar los límites de las disciplinas especializadas. En Scrambled Oxs, estamos utilizando nuestra experiencia para desarrollar nuevos materiales catalizadores para la electrólisis."
Esto pone de relieve uno de los puntos fuertes del Forschungszentrum Jülich: la concentración en un solo lugar de conocimientos especializados en campos como la nanoelectrónica, la investigación de materiales y la tecnología energética. Scrambled Oxs es un ejemplo de cómo esta proximidad fomenta la investigación interdisciplinar y, a su vez, las innovaciones pioneras.
Dr. Felix Gunkel, de la División de Materiales Electrónicos del Instituto Peter Grünberg (PGI-7)
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Bernd Nörig
Un nuevo enfoque: óxidos atómicamente precisos
En Scrambled Oxs, el Dr. Gunkel se centra en determinados óxidos, en este caso compuestos de metales con oxígeno. Muchos de estos óxidos metálicos complejos, como las perovskitas y las espinelas, son candidatos prometedores y pueden ser muy activos a la hora de liberar oxígeno durante la electrólisis. Sin embargo, envejecen demasiado rápido y pierden rápidamente su estabilidad en su forma convencional. Aquí es precisamente donde entra en juego el proyecto.
"Para aumentar la estabilidad de los catalizadores, tenemos que conocer más a fondo los procesos que son cruciales para el envejecimiento y contrarrestarlos con un diseño de materiales específico", afirma Gunkel.
El equipo de Gunkel está desarrollando sistemas de capas de óxido a medida en los que la capa de óxido activa está encerrada entre dos materiales estabilizadores. Las capas se apilan unas sobre otras como ladrillos atómicos de Lego, y pueden despegarse como una película mediante un novedoso proceso. Este nuevo concepto deriva de las estructuras core-shell, un diseño versátil del campo de la nanotecnología que protege eficazmente materiales especialmente sensibles.
De material modelo a electrodo real
Las membranas de óxido resultantes se trituran en copos de tamaño nanométrico y se incorporan a un líquido para crear una especie de tinta catalizadora, una mezcla líquida que puede utilizarse para recubrir electrodos. Este "revuelto" selectivo crea un nuevo material compuesto y dio nombre al proyecto Bueyes Revueltos.
El compuesto así producido permite por primera vez transferir las propiedades materiales de los óxidos estratificados a estructuras de electrodos reales y examinarlas allí en condiciones realistas, es decir, exactamente como se utilizarán más tarde en los electrolizadores. Sólo si un material se mantiene estable y activo no sólo en el modelo de laboratorio, sino también en un electrodo real, puede reducirse el consumo de energía y prolongarse el tiempo de funcionamiento, dos requisitos clave para una producción más eficiente y económica de hidrógeno verde.
Scrambled Oxs cierra así una brecha que persistía hasta ahora: por primera vez, los materiales modelo pueden examinarse también en condiciones de reacción reales con el fin de deducir directrices concretas para el desarrollo de futuros catalizadores.
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