Produção eficiente de hidrogénio apresentada na Coreia do Sul

Equipa de investigadores da Coreia do Sul apresentou uma nova estratégia de produção de hidrogénio que quatro vezes mais eficiente que os atuais modelos, e que se baseia num sistema hibrido de célula de eletrólise sólida.

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Da esquerda estão Junyoung Kim, Guntae Kim e Ohhun Gwona na School of Energy and Chemical Engineering do UNIST
Da esquerda estão Junyoung Kim, Guntae Kim e Ohhun Gwona na School of Energy and Chemical Engineering do UNIST. ©UNIST

Uma equipa de investigação do Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) apresentou um sistema hibrido de célula de eletrólise sólida (Hybrid-SOEC, do inglês) com maior desempenho eletroquímico na produção de hidrogénio até agora conseguido. O sistema proposto, pelos cientistas da Coreia do Sul, atraiu muita atenção e apresenta-se como uma nova opção promissora para a produção económica e altamente eficiente de hidrogénio.

A célula eletrolítica de óxido sólido (SOEC, do inglês) consiste em dois elétrodos e um eletrólito que estão todos no estado sólido. Elementos que são fortes candidatos para a produção de hidrogénio, dado que não têm necessidade de reabastecer os eletrólitos perdidos, eliminando os problemas de corrosão. Além disso, as SOEC também operam a temperaturas relativamente altas (700-1000°C), o que ajuda a reduzir o consumo de energia elétrica.

O avanço tecnológico foi liderado por Guntae Kim da School of Energy and Chemical Engineering do UNIST em colaboração com Tak-Hyoung Lim do Korea Institute of Energy Research (KIER) e Jeeyoung Shin da Sookmyung Women’s University.

Guntae Kim e sua equipa de investigação têm procurado formas de melhorar a eficiência energética na produção de hidrogénio, usando SOEC. No estudo, a equipa de investigação demonstrou o novo conceito de ‘Hybrid-SOEC’ baseado no eletrólito condutivo iónico misto, permitindo que a eletrólise da água ocorra tanto em elétrodos de hidrogénio como de ar.

Produção eficiente de hidrogénio apresentada na Coreia do Sul
Produção eficiente de hidrogénio apresentada na Coreia do Sul. ©UNIST

Os eletrólitos SOEC existentes permitem o transporte de um ou mais íons de hidrogénio ou oxigénio para o outro elétrodo. No caso dos eletrólitos SOEC que transportam íons de oxigénio, a eletrólise da água ocorre no ânodo e isso resulta na produção de hidrogénio. Em contraste, os eletrólitos SOEC que transportam iões de hidrogénio causam a eletrólise da água no cátodo e isso resulta na produção de oxigénio. Aqui, o hidrogénio viaja através do eletrólito para o ânodo.

Teoricamente, o uso de eletrólitos que transportam hidrogénio e íons de oxigénio permite a produção de dois produtos de eletrólise, hidrogénio e oxigénio, em ambos os lados da célula. Isso poderá melhorar significativamente a taxa de produção de hidrogénio. No estudo, a equipa de investigação prestou atenção ao controlo das propriedades dos eletrólitos.

Neste estudo, Guntae Kim e os restantes elementos da equipa de investigação descrevem as suas novas descobertas na exploração de um SOEC com base num condutor de iões misto que pode transportar o íon e o protão de oxigénio ao mesmo tempo, o que é designado como Hybrid-SOEC.

Em comparação com outros SOECs e dispositivos representativos de água-eletrólise, o sistema proposto exige menos eletricidade para a produção de hidrogénio, enquanto exibe excelente desempenho eletroquímico com estabilidade. Além disso, o Hybrid-SOEC não apresenta nenhuma degradação observável no desempenho em mais de 60 horas de operação contínua, o que mostra ser um sistema robusto para a produção de hidrogénio.

Produção eficiente de hidrogénio apresentada na Coreia do Sul
Produção eficiente de hidrogénio apresentada na Coreia do Sul. ©UNIST

Junyoung Kim, primeiro autor do estudo, indicou que ao “controlar o ambiente de condução do eletrólito condutor de íons de hidrogénio, um ‘eletrólito condutor de íons misto’ a passagem de dois íons pode ser realizada”, pelo que “no Hybrid-SOEC, onde este eletrólito foi introduzido pela primeira vez, a eletrólise da água ocorreu em ambos os elétrodos, o que resulta num aumento significativo na produção total de hidrogénio”.

A perovskita em camadas com excelentes propriedades eletroquímicas foi utilizada como elétrodo do Hybrid-SOEC. Ao adicionar um excelente material de elétrodo sobre eletrólito condutor iónico misto, resulta em melhor desempenho eletroquímico. Como resultado, os rendimentos correspondentes de hidrogénio produzidos foram 1,9 L por hora a uma tensão celular de 1,5 V a 700 °C. Esta é uma eficiente produção de hidrogénio que é quatro vezes maior do que as células eletrolíticas de água de alta eficiência existentes.

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