Investigadores predicen el comportamiento de las perovskitas, materiales clave para obtener hidrógeno verde

VALÈNCIA 15 Jun. (EUROPA PRESS) -

El Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universitat Politècnica de València (UPV), participa en un estudio internacional publicado en la prestigiosa revista Nature Communications que analiza los fundamentos de la producción de perovskitas, un tipo de material cuya estructura interna se puede diseñar a medida para obtener propiedades útiles como captar luz o conducir electricidad.

Este equipo ha encontrado un tipo de 'regla general' que ayuda a predecir el comportamiento de estos materiales, lo que permitirá mejorar el diseño de dispositivos de alta eficiencia aplicados a la producción de hidrógeno verde, un tipo de energía no contaminante clave para la descarbonización industrial y la transición energética, detalla el CSIC.

En concreto, el estudio analiza los fundamentos de la hidratación en perovskitas dobles basadas en cobalto, materiales empleados como electrodos en celdas cerámicas para separar el agua en hidrógeno y oxígeno, la base para producir hidrógeno verde (llamado así porque la electricidad que requiere el proceso se obtiene de fuentes renovables).

La investigación llevada a cabo por el ITQ ha permitido entender cómo estos materiales incorporan agua y mantienen protones en su estructura, un proceso clave para desarrollar tecnologías más eficientes. Para ello analizaron 45 composiciones de perovskitas y combinaron técnicas avanzadas de análisis estructural, espectroscopía, simulaciones teóricas y experimentos isotópicos.

Estas técnicas permiten observar este fenómeno de hidratación que ocurre a nivel atómico y es muy complejo: no basta con ver el material, hay que entender cómo están organizados sus átomos, cómo se mueven y cómo interactúan con el agua: "Cada técnica aporta una pieza diferente del puzle".

"El trabajo que hemos desarrollado aporta una nueva comprensión de los mecanismos físico-químicos que controlan la hidratación y el transporte protónico en materiales electroquímicos avanzados --explica José Manuel Serra, profesor de investigación del CSIC en el ITQ que participa en el estudio--. Uno de los avances más relevantes ha sido identificar un tipo de regla general que ayuda a predecir el comportamiento de estos materiales. Esta regla está relacionada con la estructura electrónica de determinados elementos llamados lantánidos, componentes clave del material que determinan su capacidad para incorporar y estabilizar protones".

Además, el estudio demuestra que la interacción con el agua no es un proceso único, sino que puede seguir distintas vías: en algunos casos, el material se oxida y pierde electrones, mientras que en otros incorpora hidrógeno. Estas diferencias dependen de las condiciones en las que opera el material, como la temperatura o el ambiente gaseoso, y tienen un impacto directo en su rendimiento.

NUEVAS TECNOLOGÍAS BASADAS EN HIDRÓGENO VERDE

Los resultados obtenidos podrían impulsar el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en hidrógeno verde, una de las grandes apuestas actuales para reducir las emisiones de carbono a la atmósfera. Este trabajo aporta conocimientos clave para mejorar el diseño de celdas cerámicas de protones (PCEC), que son dispositivos de alta eficiencia que pueden funcionar tanto como pilas de combustible (que generan electricidad a partir de hidrógeno) como electrolizadores, más eficientes y resistentes, capaces de producir hidrógeno limpio.

"Gracias a este enfoque combinado, se puede identificar qué composiciones favorecen una mayor incorporación y estabilidad de protones, lo que es esencial para desarrollar materiales multifuncionales destinados al almacenamiento de energía, la electrólisis del agua y la conversión electroquímica de energía. Estos avances contribuyen al desarrollo de sistemas energéticos más sostenibles y alineados con los objetivos europeos de descarbonización y transición energética", explica María Balaguer, científica titular del CSIC en el ITQ que participa en el estudio.

La investigación se ha desarrollado por un consorcio internacional liderado por la organización de investigación Sintef y la Universidad de Oslo (Noruega), con participación de la Gdansk University of Technology (Polonia), Chalmers University of Technology (Suecia), el Institute for Energy Technology (Noruega) y el Instituto de Tecnología Química (CSIC-UPV). Se enmarca en los proyectos europeos M-ERA.NET GoPHy MiCO y FunKeyCat, financiados por el Research Council of Norway, la National Science Centre de Polonia y la Agencia Estatal de Investigación de España.