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Nanostructured Photoelectrodes for Energy Conversion

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De hidrógeno a hidrógeno en unos pocos pasos

El hidrógeno y el sol son dos fuentes prometedoras de energía renovable. Un grupo de científicos pretende combinar ambas en una celda solar para generar hidrógeno gas (H2).

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El hidrógeno es una fuente de combustible alternativa muy interesante. Aporta mucha energía y su combustión con oxígeno solamente produce vapor de agua, casi sin hollín, óxidos de nitrógeno ni dióxido de carbono (CO2). No obstante, a pesar de que se trata del elemento más abundante del universo y una de las fuentes de energía del sol, no se encuentra de modo natural en forma gaseosa en la atmósfera de la Tierra. Casi siempre se encuentra ligado a otros átomos en compuestos como el agua (H2O) y los hidrocarburos. La electrólisis del agua (dividirla en H2 y oxígeno O2 gas) es una de las formas menos contaminantes de obtener H2. Utilizar la energía virtualmente ilimitada del sol para lograr la electrolisis hace que sea todavía más limpia y sostenible. Las celdas fotoelectroquímicas (PEC) emplean un electrodo de semiconductor que absorbe la luz y utiliza su energía para separar H2O. No obstante, después de décadas de investigación, no se han encontrado materiales de electrodo que reúnan una eficiencia, una estabilidad y un coste aceptables. El proyecto «Nanostructured photoelectrodes for energy conversion» (Nanopec), financiado por la Unión Europea, utiliza los avances en nanotecnología para controlar la funcionalización de los componentes individuales a fin de cumplir los requisitos. Al reducir el número de criterios que cada material único debe cumplir, las limitaciones actuales desaparecerán. Durante la segunda fase del proyecto, los científicos utilizaron formas de nanoestructuración concebidas durante la primera fase con el fin de obtener materiales convencionales y materiales de nuevo desarrollo. Entre los componentes se hallaron láminas ultradelgadas subyacentes de óxido, láminas de hematita, fotoelectrodos mejorados por plasmones, matrices de nanohilos en gradación y catalizadores y láminas de recubrimiento. Se consiguieron mejoras importantes en el rendimiento de las PEC. Los investigadores modificaron con éxito las láminas de recubrimiento y los catalizadores con el fin de sintetizar diversos materiales semiconductores nuevos con mayor rendimiento y estabilidad. Para mejorar el conocimiento de los procesos de las PEC, los científicos estudiaron las estructuras, los defectos y el comportamiento fisicoquímico de los materiales. También desarrollaron una técnica innovadora de atrapamiento de la luz con el fin de maximizar la absorción de la luz. En la segunda fase del proyecto se trabajó en la evaluación y la optimización del rendimiento de dispositivos PEC totalmente montados, lo cual dio lugar a la construcción y la demostración de dos dispositivos con configuraciones distintas. Aunque el coste sigue siendo ligeramente superior al objetivo, se ha logrado avanzar de forma importante en la separación de agua en PEC y la tecnología está un paso más cerca de poder implantarse.

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