p O irídio é um catalisador ideal para a produção eletrolítica de hidrogênio a partir da água - mas é extremamente caro. Mas agora um novo tipo de eletrodo feito de material altamente poroso faz um excelente trabalho com apenas um toque de irídio. p Hoje, o caminho real para a eletrólise efetiva da água para a produção de gás hidrogênio nos chamados eletrolisadores de membrana de troca de prótons (PEM) é reduzir a quantidade de irídio cataliticamente altamente ativo, mas assustar, e ao mesmo tempo manter a produção de hidrogênio. Neste tipo de célula eletrolisadora, os íons de hidrogênio migram através de uma membrana de troca de prótons do ânodo produtor de oxigênio para o cátodo produtor de hidrogênio. A técnica baseada em membrana oferece muitas vantagens. A própria membrana revestida com catalisador é muito fina, o que torna a própria célula eletrolítica pequena e mais versátil, e a ausência de um eletrólito líquido significa que todo o sistema praticamente não requer manutenção. Essas células também permitem a produção de hidrogênio em pressões elevadas, facilitando e reduzindo a demanda de energia para armazenamento adicional como gás comprimido. Finalmente, a operação de carga dinâmica é possível com a tecnologia PEM para reagir às flutuações na corrente disponível em segundos, o que o torna adequado para o acoplamento a fontes de energia renováveis.

p Mas a tecnologia também tem uma grande desvantagem. A formação de oxigênio no ânodo depende do uso de óxido de irídio (IrO2) como catalisador. IrO2 é um promotor muito estável e eficiente desta reação. O problema é que o próprio irídio é mais raro do que ouro ou mesmo platina, e é pelo menos tão caro quanto o último. Muitas tentativas foram feitas para encontrar uma alternativa, mas nada ainda testado se aproxima da estabilidade de longo prazo e da atividade catalítica do óxido de irídio.

p Apenas uma pitada de irídio é o suficiente

p Agora, químicos baseados em LMU envolvidos na conversão eletrônica do Cluster of Excellence, em colaboração com uma equipe da Forschungszentrum Jülich, conseguiram aumentar o rendimento de hidrogênio por um fator de oito (em relação a um eletrodo de referência comercial) usando um novo material altamente poroso como catalisador. Esse sucesso implica que deve ser possível desenvolver uma célula eletrolítica que atinja a mesma eficiência dos sistemas atuais à base de irídio, mas requeira apenas 10% da quantidade de irídio.

p O novo eletrodo foi desenvolvido no âmbito da Rede de Pesquisa Kopernikus Power-2-X, que é financiado pelo Ministério Federal da Educação e Pesquisa. Suas características de design e desempenho são descritas em um artigo publicado na revista. Materiais Funcionais Avançados . O sistema faz uso de um novo suporte óxido de alta porosidade no qual o irídio pode ser uniformemente disperso como uma película fina, que é facilmente acessível às moléculas de água e exibe alta atividade catalítica.

p Carregando o catalisador em cada poro

p A equipe primeiro sintetizou micropartículas de óxido de estanho dopadas com antimônio nanoestruturadas e condutoras. Essas partículas fornecem uma estrutura altamente porosa para a ligação do catalisador de irídio. Eles então prepararam uma suspensão coloidal aquosa de nanopartículas de óxido de irídio, que foram carregados nas micropartículas porosas por meio de uma reação solvotérmica em alta temperatura e pressão. Isso resultou na redução das partículas de óxido de irídio em Ir metálico. Uma etapa final de oxidação térmica levou à formação de nanopartículas de óxido de irídio dentro dos poros do andaime metálico. A microscopia eletrônica de varredura subsequente confirmou que cada cavidade do andaime foi revestida com uma película fina do catalisador. - E realmente, eletrodos revestidos com o novo material passaram no teste final com louvor. Em termos de atividade, ou seja, geração de hidrogênio, a eficiência por grama de irídio ligado excedeu a de um PEM disponível comercialmente em pelo menos oito vezes.

p Como o primeiro autor do artigo, Daniel Böhm, aponta, o procedimento de síntese tem uma grande vantagem. "Agora podemos nos concentrar na otimização de cada parâmetro individualmente. Os fatores relevantes que podem ser ajustados incluem a composição, estrutura e tamanho dos poros do material, sua condutividade e o nível de carregamento com irídio. No final, obteremos um altamente ativo, sistema totalmente otimizado. Todas as etapas da rota sintética também são compatíveis com as demandas de produção em escala industrial, portanto, a abordagem pode estar pronta para aplicação técnica dentro de um período de tempo relativamente curto. "

p O material atualmente usado em eletrolisadores comerciais deve atender a padrões muito elevados, a fim de garantir uma operação estável por muitos anos. Os próximos projetos que abordarão este problema já estão planejados, diz a Prof. Dina Fattakhova-Rohlfing de Forschungszentrum Jülich. "Primeiro, queremos sintetizar catalisadores ainda mais estáveis ​​com a ajuda de novas nanoarquiteturas. E então gostaríamos de investigar como as propriedades desses materiais se comportam quando submetidos a condições operacionais por longos períodos de tempo. "