Uma equipa de investigação do Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) apresentou um sistema hibrido de célula de eletrólise sólida (Hybrid-SOEC, do inglês) com maior desempenho eletroquímico na produção de hidrogénio até agora conseguido. O sistema proposto, pelos cientistas da Coreia do Sul, atraiu muita atenção e apresenta-se como uma nova opção promissora para a produção económica e altamente eficiente de hidrogénio.
A célula eletrolítica de óxido sólido (SOEC, do inglês) consiste em dois elétrodos e um eletrólito que estão todos no estado sólido. Elementos que são fortes candidatos para a produção de hidrogénio, dado que não têm necessidade de reabastecer os eletrólitos perdidos, eliminando os problemas de corrosão. Além disso, as SOEC também operam a temperaturas relativamente altas (700-1000°C), o que ajuda a reduzir o consumo de energia elétrica.
O avanço tecnológico foi liderado por Guntae Kim da School of Energy and Chemical Engineering do UNIST em colaboração com Tak-Hyoung Lim do Korea Institute of Energy Research (KIER) e Jeeyoung Shin da Sookmyung Women’s University.
Guntae Kim e sua equipa de investigação têm procurado formas de melhorar a eficiência energética na produção de hidrogénio, usando SOEC. No estudo, a equipa de investigação demonstrou o novo conceito de ‘Hybrid-SOEC’ baseado no eletrólito condutivo iónico misto, permitindo que a eletrólise da água ocorra tanto em elétrodos de hidrogénio como de ar.
Os eletrólitos SOEC existentes permitem o transporte de um ou mais íons de hidrogénio ou oxigénio para o outro elétrodo. No caso dos eletrólitos SOEC que transportam íons de oxigénio, a eletrólise da água ocorre no ânodo e isso resulta na produção de hidrogénio. Em contraste, os eletrólitos SOEC que transportam iões de hidrogénio causam a eletrólise da água no cátodo e isso resulta na produção de oxigénio. Aqui, o hidrogénio viaja através do eletrólito para o ânodo.
Teoricamente, o uso de eletrólitos que transportam hidrogénio e íons de oxigénio permite a produção de dois produtos de eletrólise, hidrogénio e oxigénio, em ambos os lados da célula. Isso poderá melhorar significativamente a taxa de produção de hidrogénio. No estudo, a equipa de investigação prestou atenção ao controlo das propriedades dos eletrólitos.
Neste estudo, Guntae Kim e os restantes elementos da equipa de investigação descrevem as suas novas descobertas na exploração de um SOEC com base num condutor de iões misto que pode transportar o íon e o protão de oxigénio ao mesmo tempo, o que é designado como Hybrid-SOEC.
Em comparação com outros SOECs e dispositivos representativos de água-eletrólise, o sistema proposto exige menos eletricidade para a produção de hidrogénio, enquanto exibe excelente desempenho eletroquímico com estabilidade. Além disso, o Hybrid-SOEC não apresenta nenhuma degradação observável no desempenho em mais de 60 horas de operação contínua, o que mostra ser um sistema robusto para a produção de hidrogénio.
Junyoung Kim, primeiro autor do estudo, indicou que ao “controlar o ambiente de condução do eletrólito condutor de íons de hidrogénio, um ‘eletrólito condutor de íons misto’ a passagem de dois íons pode ser realizada”, pelo que “no Hybrid-SOEC, onde este eletrólito foi introduzido pela primeira vez, a eletrólise da água ocorreu em ambos os elétrodos, o que resulta num aumento significativo na produção total de hidrogénio”.
A perovskita em camadas com excelentes propriedades eletroquímicas foi utilizada como elétrodo do Hybrid-SOEC. Ao adicionar um excelente material de elétrodo sobre eletrólito condutor iónico misto, resulta em melhor desempenho eletroquímico. Como resultado, os rendimentos correspondentes de hidrogénio produzidos foram 1,9 L por hora a uma tensão celular de 1,5 V a 700 °C. Esta é uma eficiente produção de hidrogénio que é quatro vezes maior do que as células eletrolíticas de água de alta eficiência existentes.
