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(noticias nanowerk) En un momento en el que la búsqueda de fuentes de energía sostenibles es primordial, los investigadores exploran incansablemente formas innovadoras de mejorar los procesos de producción de combustible. Una de las herramientas más importantes para convertir la energía química en energía eléctrica y viceversa es la electrocatálisis, que ya se utiliza en diversas tecnologías de energía verde.
La electrocatálisis acelera las reacciones electroquímicas mediante el uso de catalizadores, sustancias que aumentan la velocidad de la reacción sin consumirse. La electrocatálisis es fundamental en dispositivos como pilas de combustible y electrolizadores, donde permite la conversión eficiente de combustibles como hidrógeno y oxígeno en electricidad y agua en hidrógeno y oxígeno, respectivamente, posibilitando un ciclo de energía limpia.
Pero el problema es la eficiencia. Los métodos convencionales de electrocatálisis a menudo no pueden maximizar el transporte de reactivos a la superficie del catalizador, que es un paso importante en la conversión de energía. Esto reduce la eficiencia general de la respuesta y ralentiza nuestro progreso hacia soluciones de energía limpia.
Ahora, científicos dirigidos por Magalí Lingenfelder de la EPFL han desarrollado un enfoque novedoso para rastrear los procesos fundamentales que aumentan la eficiencia de la producción de combustible limpio. Publicado en comunicación de la naturaleza (“Mejorando la electrocatálisis a través de los efectos del campo magnético en el transporte masivo”), el trabajo se centra en la interfaz prometedora de los campos magnéticos y la electrocatálisis y ofrece un camino hacia tecnologías de producción de combustible más eficientes y respetuosas con el medio ambiente.
![Visualización del movimiento de vórtice de burbujas de O2 alrededor de un catalizador metálico bajo un campo magnético de 0,43 Tesla, en condiciones de reacción y a temperatura ambiente.](https://www.nanowerk.com/news2/green/id64980_1.jpg)
El estudio demostró que rodear los catalizadores con campos magnéticos crea fuerzas de Lorentz, las fuerzas que los campos magnéticos ejercen sobre las cargas eléctricas en movimiento. Estos, a su vez, inducen movimientos de vórtice que mejoran el movimiento de los reactivos y productos en la superficie del catalizador, asegurando una reacción más consistente y rápida, pero también superando las limitaciones de la escasez de reactivos, un obstáculo común en reacciones como la reacción de reducción de oxígeno (ORR). crucial para las pilas de combustible.
Para lograr todo esto, los investigadores tuvieron que desarrollar una herramienta para observar el movimiento de iones en tiempo real bajo un campo magnético utilizando una configuración magnetoelectroquímica avanzada. Para la exigente y real configuración, Lingenfelder recurrió a su vecino de oficina y experto en espintrónica, el profesor Jean-Philippe Ansermet, que también había trabajado en los efectos del espín en electroquímica.
«Adaptamos el electroimán de Jean-Philippe para medir los efectos del campo magnético en importantes reacciones electrocatalíticas para la energía verde», afirma. “Usando un truco creativo desarrollado por Priscila y Yunchang [the first authors of the study]»Pudimos rastrear in situ cómo se mueven los iones en el electrolito bajo un campo magnético, proporcionando una base sólida para aplicar campos magnéticos para impulsar la electrocatálisis de forma reproducible».
Al aplicar campos magnéticos a electrodos no magnéticos y monitorear las reacciones, los científicos pudieron desacoplar los diversos efectos y observar cómo las fuerzas magnéticas pueden estimular y mejorar el movimiento de los reactivos alrededor del catalizador. Este proceso, similar a la creación de jacuzzis en miniatura, mejora significativamente la eficiencia de las reacciones cruciales para la producción de hidrógeno verde y ofrece un camino prometedor para seguir desarrollando tecnologías energéticas sostenibles.
¿Es práctico el nuevo método? En el estudio, los científicos muestran un aumento de más del 50% en la actividad de la reacción de reducción de oxígeno inducida por campos magnéticos en interfaces no magnéticas. Esto representa un salto significativo en eficiencia, pero lo más importante es que permitió al equipo resolver muchas controversias fundamentales en el campo al demostrar los mecanismos y condiciones necesarios para que los campos magnéticos impulsen diversas reacciones electrocatalíticas con productos gaseosos o reactivos como el hidrógeno y el oxígeno para reforzarse.
El estudio muestra la forma de utilizar campos magnéticos para mejorar la eficiencia de la electrocatálisis y así ayudarnos a lograr una producción de combustible más eficaz y sostenible. Puede revolucionar las tecnologías de conversión de energía, la proliferación de pilas de combustible, p. B. en vehículos de hidrógeno, y aumentar la producción de hidrógeno como fuente de energía limpia, lo que también mitigará el impacto de nuestro consumo energético en el cambio climático en el planeta.
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