Eletrólise, passando uma corrente pela água para quebrá-la em hidrogênio gasoso e oxigênio, pode ser uma maneira prática de armazenar o excesso de energia eólica ou solar. O hidrogênio pode ser armazenado e usado como combustível posteriormente, quando o sol está se pondo ou os ventos estão calmos.

Infelizmente, sem algum tipo de armazenamento de energia acessível como este, bilhões de watts de energia renovável são desperdiçados a cada ano.

Para o hidrogênio ser a solução para o problema de armazenamento, eletrólise por divisão de água teria que ser muito mais acessível e eficiente, disse Ben Wiley, professor de química na Duke University. E ele e sua equipe têm algumas ideias sobre como fazer isso.

Wiley e seu laboratório testaram recentemente três novos materiais que podem ser usados ​​como porosos, eletrodo de fluxo para melhorar a eficiência da eletrólise. Seu objetivo era aumentar a área de superfície do eletrodo para as reações, evitando prender as bolhas de gás que são produzidas.

"A taxa máxima na qual o hidrogênio é produzido é limitada pelas bolhas que bloqueiam o eletrodo - literalmente impedindo a água de chegar à superfície e se dividir, "Wiley disse.

Em um jornal publicado em 25 de maio em Materiais de energia avançados , eles compararam três configurações diferentes de um eletrodo poroso através do qual a água alcalina pode fluir conforme ocorre a reação.

Eles fabricaram três tipos de eletrodos de fluxo, cada um com 4 milímetros quadrados de material esponjoso, apenas um milímetro de espessura. Um era feito de espuma de níquel, um era um 'feltro' feito de microfibras de níquel, e o terceiro era um feltro feito de nanofios de níquel-cobre.

Pulsar a corrente através dos eletrodos por cinco minutos, cinco minutos de folga, eles descobriram que o feltro feito de nanofios de níquel-cobre inicialmente produzia hidrogênio com mais eficiência porque tinha uma área de superfície maior do que os outros dois materiais. Mas dentro de 30 segundos, sua eficiência caiu porque o material ficou entupido com bolhas.

O eletrodo de espuma de níquel foi o melhor em deixar as bolhas escaparem, mas tinha uma área de superfície significativamente menor do que os outros dois eletrodos, tornando-o menos produtivo.

O ponto ideal acabou sendo um feltro de microfibra de níquel que produziu mais hidrogênio do que o feltro de nanofio, apesar de ter 25 por cento menos área de superfície para a reação.

Ao longo de um teste de 100 horas, o feltro de microfibra produziu hidrogênio a uma densidade de corrente de 25, 000 miliamperes por centímetro quadrado. Nesse ritmo, seria 50 vezes mais produtivo do que os eletrolisadores alcalinos convencionais atualmente em uso para eletrólise de água, os pesquisadores calcularam.

A maneira mais barata de fazer quantidades industriais de hidrogênio agora não é dividindo a água, mas separando o gás natural (metano) com vapor muito quente - uma abordagem de uso intensivo de energia que cria de 9 a 12 toneladas de C02 para cada tonelada de hidrogênio que produz, não incluindo a energia necessária para criar vapor de 1000 graus Celsius.

Wiley disse que os produtores comerciais de eletrolisadores de água podem fazer melhorias na estrutura de seus eletrodos com base no que sua equipe aprendeu. Se eles pudessem aumentar muito a taxa de produção de hidrogênio, o custo do hidrogênio produzido a partir da divisão da água pode cair, talvez até o suficiente para torná-lo uma solução de armazenamento acessível para energia renovável.

Ele também está trabalhando com um grupo de alunos do programa Duke's Bass Connections, que estão explorando se a eletrólise de fluxo pode ser ampliada para produzir hidrogênio a partir da abundante energia solar da Índia.