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Los avances en la tecnología energética están transformando la generación de energía en pilas de combustible y dispositivos de hidrógeno, mejorando la eficiencia y el rendimiento.
![Crédito de la foto: MIT News, iStock](https://www.electronicsforu.com/wp-contents/uploads/2024/01/MIT-Electrode-Surface-01-press_0-500x333.jpg)
Imagen: Noticias del MIT, iStock
En una reacción química crítica esencial en muchas tecnologías energéticas, como las pilas de combustible y los electrolizadores que producen gas hidrógeno, los protones se mueven entre la superficie de un electrodo y un electrolito para generar una corriente eléctrica.
Los químicos del MIT lograron recientemente un gran avance al describir con todo detalle por primera vez el proceso de estas transferencias de electrones acoplados a protones en la superficie de un electrodo. Este importante avance tiene el potencial de ayudar a los investigadores a desarrollar pilas de combustible, baterías y otras tecnologías energéticas más eficientes.
Protones pasando
El equipo desarrolló un método para diseñar superficies de electrodos utilizando láminas de grafeno unidas a compuestos orgánicos. Estos compuestos tienen iones de oxígeno que atraen protones de la solución, provocando un flujo de electrones hacia el grafeno. Este proceso se analizó para determinar la tasa de transferencia de protones en equilibrio, donde la absorción y liberación de protones a través de la superficie son iguales. El equipo descubrió que el pH de la solución circundante influye en esta tasa, siendo las tasas más altas en el rango ácido (pH 0) y primario (pH 14).
Para explicar estos resultados, los investigadores propusieron un modelo con dos reacciones en el electrodo. En condiciones ácidas, los iones hidronio liberan protones y forman agua, mientras que en condiciones primarias, las moléculas de agua liberan protones y forman iones de hidróxido. Debido a la liberación más rápida de protones por parte de los iones hidronio, la reacción avanza más rápido a pH 0 que a pH 14.
Una reacción para repensar
Los investigadores descubrieron que las mismas velocidades de las dos reacciones ocurren no a un pH neutro de 7, donde las concentraciones de hidronio e hidróxido están equilibradas, sino a un pH de 10, donde el número de iones de hidróxido excede a los iones de hidronio en un millón a uno. Según su modelo, este fenómeno surge porque la reacción directa, en la que los protones se pierden mediante hidronio o agua, tiene una mayor influencia en la velocidad general que la reacción inversa, en la que los protones se eliminan mediante agua o hidróxido. Este hallazgo desafía los modelos existentes de reacciones en la superficie de los electrodos que normalmente suponen contribuciones iguales de reacciones directas e inversas a la velocidad general, lo que sugiere que es necesaria una reevaluación de estos modelos.
El equipo ahora está investigando cómo los diferentes iones del electrolito afectan la velocidad del flujo de electrones acoplados a protones.
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