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(noticias nanowerk) Si no se controla, la corrosión puede oxidar automóviles y tuberías, destruir edificios y puentes y erosionar nuestros monumentos.
La corrosión también puede dañar equipos que podrían ser críticos para un futuro de energía limpia. Y ahora investigadores de la Universidad de Duke han capturado primeros planos de este proceso en acción.
«Al estudiar cómo y por qué los dispositivos de energía renovable fallan con el tiempo, podremos extender su vida útil», dijo el profesor de química y autor principal Iván Moreno-Hernández.
Una versión en miniatura de dicho dispositivo se encuentra en su laboratorio en Duke. Llamado electrolizador, separa el hidrógeno del agua utilizando electricidad para impulsar la reacción.
Si la electricidad para la electrólisis proviene de fuentes renovables como la eólica o la solar, el gas hidrógeno que produce se considera una fuente prometedora de combustible limpio porque no requiere combustibles fósiles para producirlo y se quema sin producir dióxido de carbono que calienta el planeta.
Varios países planean aumentar la producción del llamado “hidrógeno verde” para reducir su dependencia de los combustibles fósiles, particularmente en industrias como la producción de acero y cemento.
Pero antes de que el hidrógeno pueda generalizarse, es necesario superar algunos obstáculos importantes.
Parte del problema es que los electrolizadores requieren catalizadores de metales raros para funcionar y estos son susceptibles a la corrosión. Después de un año de funcionamiento ya no son los mismos que al principio.
En un estudio publicado en Revista de la Sociedad Química Estadounidense (“Heterogeneidad de disolución observada en nanocristales de dióxido de rutenio anisotrópico mediante microscopía electrónica de transmisión en fase líquida”), Moreno-Hernandez y su Ph.D. El estudiante Avery Vigil utilizó una técnica llamada microscopía electrónica de transmisión en fase líquida para estudiar las complejas reacciones químicas que ocurren entre estos catalizadores y su entorno, lo que lleva a su desintegración.
Quizás recuerdes de la escuela secundaria que para producir gas hidrógeno, un electrolizador divide el agua en sus moléculas de hidrógeno y oxígeno. Para el estudio actual, el equipo se centró en un catalizador llamado dióxido de rutenio, que acelera la mitad de la reacción con oxígeno, ya que este es el cuello de botella del proceso.
«Básicamente, hicimos pruebas de estrés a estos materiales», dijo Vigil.
Irradiaron nanocristales de dióxido de rutenio con radiación de alta energía y luego observaron los cambios causados por el ambiente ácido dentro de la célula.
Para fotografiar objetos tan pequeños, utilizaron un microscopio electrónico de transmisión, que dispara un haz de electrones a través de nanocristales suspendidos en una fina bolsa de líquido para crear imágenes en intervalos de tiempo de la química que ocurre a 10 fotogramas por segundo.
El resultado: primeros planos dignos de un escritorio de cristales del tamaño de un virus, más de mil veces más finos que un cabello humano, a medida que se oxidan y se disuelven en el fluido ácido que los rodea.
«De hecho, podemos observar el proceso de colapso de este catalizador a una resolución a nanoescala», dijo Moreno-Hernández.
En el transcurso de cinco minutos, los cristales se descompusieron lo suficientemente rápido como para «inutilizar un dispositivo real en unas pocas horas», dijo Vigil.
Ampliados cientos de miles de veces, los vídeos muestran defectos sutiles en las formas tridimensionales de los cristales que crean áreas de tensión y hacen que algunos se descompongan más rápido que otros.
Al minimizar tales deficiencias, los investigadores dicen que algún día será posible desarrollar dispositivos de energía renovable que duren entre dos y tres veces más que los actuales.
“Entonces, en lugar de ser estable durante dos años, por ejemplo, un electrolizador podría durar seis años. Esto podría tener un impacto masivo en las tecnologías renovables”, dijo Moreno-Hernández.
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