El hidrógeno ha atraído mucha atención debido a su potencial como portador de energía limpia. Hasta la fecha, la mayor parte del hidrógeno se produce a partir de combustibles fósiles, como el gas natural, el carbón y el petróleo. Este hidrógeno derivado de los fósiles debe ser purificado de los contaminantes habituales (por ejemplo, CO2, CH4, CO y H2S) para su posterior aplicación en pilas de combustible.
La separación de agua asistida por hidrógeno fósil mediante una membrana cerámica densa conductora de iones de oxígeno es una técnica prometedora de purificación de H2 debido a la selectividad del 100% del oxígeno de la membrana para obtener directamente hidrógeno puro. Sin embargo, las membranas conductoras de oxígeno existentes adolecen de problemas de estabilidad química en las duras condiciones de funcionamiento mencionadas.
Recientemente, investigadores del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT) de la Academia China de Ciencias (CAS) han desarrollado un nuevo método de “reensamblaje inducido por reacción de interfaz” para fabricar membranas cerámicas multicapa con una capa fina de ceria para la producción estable de hidrógeno.
El estudio se publicó en Angewandte Chemie International Edition el 3 de noviembre.
“Las membranas cerámicas multicapa se fabrican normalmente mediante métodos de deposición capa a capa. Sin embargo, estos métodos suelen requerir un procedimiento en serie, y el grosor de las capas finas densas suele estar entre 10 y 1000 μm. Además, las capas finas depositadas suelen desprenderse de las capas de soporte durante la co-sinterización”, dijo el autor correspondiente, el profesor Jiang Heqing de QIBEBT.
Inspirándose en la estructura arquitectónica de las hierbas enraizadas en el suelo, los investigadores desarrollaron un enfoque de reensamblaje inducido por la reacción de la interfaz para fabricar una membrana cerámica de tres capas con una capa fina densa conductora de oxígeno enraizada en su capa madre, resultante directamente de una sinterización de un solo paso de precursores cerámicos de doble fase.
“En este nuevo enfoque, aplicando deliberadamente un grabador adecuado Al2O3, los granos superficiales que contienen Fe en el pellet prensado se grabaron selectivamente mediante reacciones de interfaz a altas temperaturas, produciendo entalpía de reacción”, dijo el profesor asociado He Guanghu de QIBEBT, primer autor del estudio.
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“Se espera que el calor aumente la temperatura local para impulsar el reensamblaje de los granos de tipo fluorita aislados en la superficie en una capa delgada densa que cortó las reacciones de interfaz, evitando el crecimiento continuo de la capa delgada”.
Con este enfoque de reensamblaje inducido por la reacción de la interfaz, los investigadores descubrieron que las capas resultantes a base de ceria eran muy finas (~1 μm), altamente densas y se adherían fuertemente a las capas madre, no sólo reduciendo significativamente la resistencia al transporte iónico, sino también asegurando la integridad estructural de las membranas multicapa para diversas aplicaciones.
Utilizando la membrana multicapa desarrollada, los investigadores demostraron la producción de hidrógeno a partir de la división del agua asistida por la oxidación de gas de coquería simulado que contiene H2, CH4, CO2, CO y H2S.
Descubrieron que la membrana con una capa fina densa de CGO mostraba una durabilidad muy larga (>1000 horas), lo que subraya la promesa de los reactores de membrana de alto rendimiento para la producción de hidrógeno en condiciones prácticas.
“Estos resultados sugieren que esta técnica allana el camino para el desarrollo de cerámicas multicapa de alto rendimiento con capas funcionales para diversas aplicaciones, por ejemplo, pilas de combustible de óxido sólido y células de electrólisis de óxido sólido. Este es también el objetivo de nuestro trabajo futuro”, dijo el profesor Jiang Heqing de QIBEBT, que dirigió el estudio.
Noticia tomada de: Phys / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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