El hidrógeno se puede producir mediante la división electrolítica del agua. Una opción en este caso es el uso de fotoelectrodos que convierten la luz solar en voltaje para la electrólisis en las llamadas células fotoelectroquímicas (células PEC). Un equipo de investigación de HZB ha demostrado que el rendimiento de las células PEC puede aumentar significativamente bajo presión.
Algunos lo llaman “hoja artificial”: en lugar del complejo de fotosistema II natural que las hojas verdes utilizan en la naturaleza para dividir el agua con la luz solar, se utilizan células fotoelectroquímicas o células PEC artificiales que no generan el voltaje necesario para los electrolíticos utilizando fotoelectrodos orgánicos. Distribución del agua por la luz solar.
Minimizar pérdidas
Los dispositivos de mejor rendimiento ya logran impresionantes eficiencias de conversión de energía de hasta el 19 por ciento. Con eficiencias tan altas, las pérdidas debidas a la formación de burbujas comienzan a desempeñar un papel importante. Esto se debe a que las burbujas dispersan la luz, bloqueando la iluminación máxima del electrodo. Además, las burbujas pueden impedir que el electrolito entre en contacto con la superficie del electrodo y, por tanto, provocar una desactivación electroquímica. Para reducir estas pérdidas, será útil reducir el tamaño de las burbujas operando el dispositivo a una presión más alta. Sin embargo, todos los dispositivos PEC informados hasta ahora han estado funcionando a presión atmosférica (1 bar).
aumentar la presión
Un equipo del Instituto de Combustibles Solares de HZB ha investigado la división del agua a alta presión en condiciones relacionadas con PEC. Utilizaron gas para presurizar las celdas de flujo PEC entre 1 y 10 bar y registraron varios parámetros diferentes durante la electrólisis. También desarrollaron un modelo multifísico del proceso PEC y lo compararon con datos experimentales a presiones normales y elevadas.
El modelo ahora permite jugar con parámetros e identificar palancas clave. “Por ejemplo, investigamos cómo la presión de funcionamiento afecta el tamaño de las burbujas de gas y su comportamiento en los electrodos”, dice el Dr. Feng Liang, primer autor del artículo ahora publicado. Comunicaciones de la naturaleza.
La pérdida de energía se reduce a la mitad.
El análisis muestra que aumentar la presión de funcionamiento a 8 bar reduce a la mitad la pérdida total de energía, lo que puede conducir a un aumento relativo de la eficiencia general del 5 al 10 %. “A esta presión se pueden evitar casi por completo las pérdidas por dispersión óptica”, explica Liang. “También vimos una reducción significativa en el cruce de productos, particularmente la transferencia de oxígeno al contraelectrodo”.
Sin embargo, a presiones más altas, no hay ningún beneficio, por lo que el equipo recomienda entre 6 y 8 bar como rango de presión de funcionamiento óptimo para los electrolizadores PEC. “Estos resultados, y en particular el modelo multifísico, pueden extenderse a otros sistemas y ayudarnos a aumentar la eficiencia de los dispositivos electroquímicos y fotocatalíticos”, afirma el Prof. Dr. Roel van de Kroll, director del Instituto de Combustibles Solares. “. En HZB
