Producción de hidrógeno mediante desarrollo de un electrolizador de alto rendimiento y bajo coste. Proyecto SMARTH2PEM

Desarrollo de un electrolizador PEM de baja potencia (1kW) y coste competitivo, para la generación de hidrógeno de elevada pureza (99,99%) y a elevada presión (>15 Bar).

En el proyecto SMARTH2PEM se diseña y fabrica un electrolizador PEM de baja potencia y coste competitivo. Para ello, las estrategias a seguir están centradas en 2 líneas principales:

• Alternativas para la reducción del coste de los componentes clave del electrolizador PEM, mejorando además su eficiencia (membranas, placas bipolares y electrocatalizadores).
• Diseño eficiente de los diferentes componentes desarrollados.

 

Proyecto SMARTH2PEM

El Instituto Tecnológico Metalmecánico, Mueble, Madera, Embalaje y Afines, AIDIMME, junto a los centros tecnológicos AIJU e ITE colaboran en el desarrollo del proyecto SMARTH2PEM, siendo ITE el coordinador. Cada miembro del consorcio se encarga de una parte del proyecto. La tarea de AIDIMME se centra en la síntesis mediante técnicas químicas-térmicas y electroquímicas de los catalizadores para la producción de los ánodos y cátodos. La labor de ITE es el desarrollo de membranas poliméricas para el adecuado funcionamiento del electrolizador a alta presión y con una durabilidad adecuada. La labor de AIJU se enmarca en el desarrollo y puesta en funcionamiento de los prototipos de electrolizador.

 

Electrosíntesis de catalizadores

Como se mencionaba anteriormente, la labor de AIDIMME consiste en la síntesis de los catalizadores sobre los electrodos que actúan como ánodo y como cátodo. Durante la anualidad 2017 del proyecto, se ha realizado una selección de los soportes más adecuados como ánodo y cátodo. Para ello se han seguido dos directrices básicas:

• Por una parte se ha buscado alta conductividad del material, favoreciendo la electrodeposición homogénea de los catalizadores sobre toda su superficie.
• Por otra parte, se ha buscado obtener la mayor área superficial posible, maximizando la superficie útil del catalizador y su eficiencia.

Una vez realizada la selección previa de los materiales anódicos y catódicos, se ha optimizado el proceso de síntesis de los electrocatalizadores empleando diferentes condiciones y técnicas de deposición. Sobre el cátodo se han depositado nanopartículas de Pt y sobre el ánodo nanopartículas de IrO₂.

En el ánodo del electrolizador PEM, sobre la superficie del catalizador,  IrO₂, tiene lugar la producción de oxígeno y generación de los protones. Los protones migran a través de la membrana protónica y son reducidos sobre la superficie de las nanopartículas de Pt en el cátodo.

En la Figura se muestra una micrografía de un cátodo recubierto con nanopartículas de Pt. Se puede observar que la cubrición de las fibras por parte de las nanopartículas de Pt es casi total. En la micrografía ampliada se puede observar una única fibra recubierta con las nanopartículas de Pt.

 

 

Mejoras y novedades respecto a los sistemas tradicionales

• Aumento de la eficiencia de los electrocatalizadores. La principal ventaja del método electroquímico de síntesis de catalizadores es el aprovechamiento del catalizador. Con los métodos tradicionales de síntesis, las nanopartículas de los catalizadores (junto con otros componentes) se aplican en forma de pasta sobre la superficie del ánodo y del cátodo. Con este método de aplicación solo se aprovecha parte del catalizador aplicado; aquel que se encuentra más cerca de la membrana. Cuanto más alejado esté el catalizador de la superficie de la membrana, menor es la probabilidad de que actúe. Con el método electroquímico de síntesis, el catalizador crece sobre la superficie del ánodo/cátodo. El depósito, es por tanto superficial, y estará en su mayoría en contacto con la membrana.
• Menor carga de catalizador. Al ser un depósito superficial y aumentar su utilización, se puede disminuir la carga de catalizador empleada respecto a los métodos tradicionales de deposición. Con ello se produciría un abaratamiento de los componentes del electrolizador.
• Control de la carga de catalizador y su morfología. Con las técnicas electroquímicas de síntesis se puede controlar fácilmente la carga de catalizador así como su morfología y tamaño de nucleación que viene determinada principalmente por el potencial de síntesis empleado.

 

Aplicación

El electrolizador PEM desarrollado se empleará para la producción de hidrógeno a partir de fuentes de energía renovables. De esta manera se podrá convertir en hidrógeno el excedente energético que se da en determinados momentos y que no se puede almacenar. Este hidrógeno puede ser almacenado y empleado posteriormente para la producción de energía en momentos de gran demanda pero escasa producción. Por otra parte el hidrógeno producido, podría ser empleado también en vehículos eléctricos o en otros pequeños sistemas de autoconsumo.

 

 

 

Para más información contacte con AIDIMME.