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Estudio sobre hidrógeno verde encuentra pérdidas de pH ocultas en celdas PEC
Investigadores del HZB emplearon imágenes 2D y velocimetría de partículas para seguir el flujo de iones y gases en electrolizadores PEC, y encontraron que la concentración de tampón es clave para limi
Imagen: TechXplore
Uno de los grandes obstáculos para los electrolizadores fotoelectroquímicos (PEC) es que su rendimiento puede caer drásticamente cuando los dispositivos salen del laboratorio. Investigadores del Instituto de Combustibles Solares HZB dicen ahora que han identificado parte del problema: pueden formarse grandes gradientes de pH dentro del volumen del electrolito, generando pérdidas por sobrepotencial que perjudican la eficiencia.
El equipo, que publica en EES Solar, empleó imágenes de fluorescencia 2D y velocimetría por imágenes de partículas (PIV) para observar cómo se desplazan iones y gases disueltos por el electrolito durante la electrólisis. El objetivo fue comprender mejor los procesos de transporte que se hacen más problemáticos a medida que los sistemas PEC escalan, especialmente cuando volúmenes mayores permiten flujos por convección y gradientes de pH que también pueden contribuir a la degradación de los electrodos.
El profesor Roel van de Krol dijo que el grupo desarrolló en el HZB técnicas de visualización específicamente para mapear esos efectos. El método de fluorescencia permitió a los investigadores rastrear el pH local y sus cambios a lo largo del tiempo, además de medir la concentración de oxígeno disuelto. La PIV, por su parte, se usó para seguir el movimiento de partículas individuales en el electrolito.
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Los experimentos dieron un resultado inesperado para el equipo: un electrolito con flujo continuo en una solución de pH neutro no bastaba para impedir la formación de grandes gradientes de pH. Según van de Krol, los gradientes solo podían evitarse aumentando también la concentración de iones tampón.
«Para evitar tales gradientes, también tuvimos que aumentar la concentración de iones tampón.»
Otra sorpresa fue dónde aparecían esos gradientes. En lugar de formarse justo en las superficies de los electrodos, las medidas mostraron que se desarrollaban dentro del volumen del electrolito. Eso contradice las simulaciones por ordenador de otros grupos, que habían predicho que los gradientes ocurrirían muy cerca de las superficies.
«Esto demuestra que las simulaciones por ordenador no son (todavía) capaces de captar verdaderamente todas las relaciones físicas; el experimento sigue siendo el estándar de referencia.»
El artículo es «Medición in situ del transporte de masa en la división (foto)electroquímica del agua a escala de dispositivo» de Feng Liang et al., publicado en EES Solar (2026) con DOI: 10.1039/d6el00057f.
Frontier Editor
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vía TechXplore
