La oxidación del platino observada en tiempo real: la clave para unos electrolizadores más duraderos
Los nuevos avances en la oxidación del platino podrían hacer que las tecnologías del hidrógeno resulten más asequibles
Anuncios
Los electrolizadores producen hidrógeno. Las pilas de combustible, a su vez, generan electricidad a partir del hidrógeno. Ambas tecnologías se consideran pilares fundamentales de la transición energética, ya que ofrecen soluciones consolidadas para el almacenamiento, el transporte y la producción de energía renovable. Sin embargo, existe un problema: los catalizadores de platino que se utilizan habitualmente en estos sistemas pierden rendimiento progresivamente bajo cargas de funcionamiento elevadas. En cierto sentido, se «desgastan» demasiado rápido, lo que aumenta los costes de las tecnologías de hidrógeno.
Un equipo de investigación en el que participa DESY ha observado ahora, por primera vez, en tiempo real cómo se forma una capa de óxido sobre una superficie de platino bajo tensión eléctrica. Los hallazgos podrían ayudar a allanar el camino hacia tecnologías de hidrógeno más duraderas. Los resultados se han publicado en Nature Communications.
El platino es uno de los materiales más importantes utilizados en electrolizadores y pilas de combustible. Este metal precioso actúa como catalizador, acelerando las reacciones químicas necesarias, por ejemplo, para producir o utilizar hidrógeno. Sin embargo, bajo altas tensiones, la superficie del material cambia y pierde gradualmente su actividad catalítica.
Un equipo de investigación internacional ha estudiado ahora estos cambios a nivel atómico utilizando métodos de rayos X de alta resolución en la fuente de rayos X PETRA III de DESY. Las mediciones muestran que, bajo tensión eléctrica, se forma gradualmente una fina capa de óxido sobre la superficie del platino, lo que altera la estructura interna del material.
«Estamos observando un equilibrio entre estabilidad y actividad», afirma Andreas Stierle, científico principal del DESY y profesor de la Universidad de Hamburgo. «La oxidación protege parcialmente la superficie del platino de una mayor pérdida de material, pero al mismo tiempo reduce la eficiencia del catalizador. Comprender mejor estos procesos es crucial para desarrollar materiales más duraderos para electrolizadores y pilas de combustible».
Los investigadores también observaron que la oxidación avanza capa por capa y forma una capa desordenada de óxido de platino a altos voltajes. Para los experimentos, el equipo combinó por primera vez tres métodos complementarios de rayos X para investigar simultáneamente la estructura atómica de la superficie del platino, el espesor de la capa de óxido y su composición química, todo ello en condiciones de funcionamiento realistas.
«El avance clave fue combinar técnicas de radiación sincrotrón de última generación con un método bien establecido de la electroquímica fundamental», afirma el autor principal, Leon Jacobse, quien llevó a cabo el trabajo en el Centro de Radiación de Rayos X y Nanociencia (CXNS) de DESY. «Esto nos permitió seguir los cambios a escala atómica mientras la reacción se producía realmente».
Vedran Vonk, del equipo de Andreas Stierle, añade: «La nueva combinación de métodos nos permite seguir los cambios estructurales en los catalizadores en tiempo real en condiciones de funcionamiento realistas. Esto nos permite vincular directamente el rendimiento del material con los procesos de envejecimiento».
Un importante paso adelante: solo comprendiendo los minúsculos procesos que tienen lugar a nivel de los átomos de platino pueden los investigadores desarrollar nuevas estrategias para contrarrestar la degradación. Vedran Vonk añade: «Esto también abre nuevas posibilidades para otros procesos electroquímicos, incluidas las tecnologías de baterías, donde se producen efectos de envejecimiento similares».
Estudios futuros investigarán cómo cambian, en condiciones de funcionamiento, los materiales catalizadores más cercanos a las aplicaciones del mundo real, como las nanopartículas de platino. A largo plazo, los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a desarrollar materiales más eficientes en el uso de recursos y asequibles para los electrolizadores, contribuyendo a tecnologías de hidrógeno más eficientes y económicamente viables.
En el estudio participaron investigadores del Centro de Radiología y Nanociencia (CXNS) del Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, la Universidad de Hamburgo, la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Núremberg y la Universidad Justus Liebig de Giessen.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Leon Jacobse, Ralf Schuster, Mona Kohantorabi, Daniel Silvan Dolling, Johannes Pfrommer, Xin Deng, Tim Weber, Olof Gutowski, Ann-Christin Dippel, Olaf Brummel, Yaroslava Lykhach, Heshmat Noei, Herbert Over, Jörg Libuda, Vedran Vonk, Andreas Stierle; "Platinum oxide formation under oxygen evolution reaction conditions"; Nature Communications, Volume 17, 2026-5-14
Más noticias del departamento ciencias
