Un recubrimiento de níquel sobre un electrodo de silicio mejora la durabilidad de un sistema de fotoelectrolisis.
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Uno de los problemas de la energía solar fotovoltaica es que no se produce electricidad por la noche, por lo que deben usarse otras fuentes de energía durante las horas nocturnas. Lo malo es que, precisamente, la demanda de energía a primeras horas de la noche es muy alta.
Esto parece que sí se ha solucionado con la energía termosolar, pues en ese caso se calientan sales que se acumulan durante el día y luego puede convertirse ese calor en electricidad mediante una máquina térmica convencional por la noche.
Pero sería interesante disponer de un sistema más ligero y eficiente. Una idea es la de usar energía solar para efectuar la electrolisis del agua y luego usar una pila de combustible para transformar el hidrógeno y el oxígeno atmosférico en agua y corriente eléctrica. Para este fin se pueden usar células fotovoltaicas convencionales, pero sería más interesante tener un método más directo que no necesitase de un sistema de electrolisis aparte, sino que la división de las moléculas del agua se haga en la misma célula solar mientras que esta esté sumergida en el agua. En ese sistema se emite oxígeno y se almacena hidrógeno producido para su uso posterior. A veces se ha denominado a este tipo de sistemas “fotosíntesis artificial”.
Desde hace tiempo se cuentan con prototipos que hacen esto, pero todos tienen alguna pega. O bien son muy caros o se degradan. Se puede usar el barato silicio directamente sumergido en agua, pero este se corroe en el proceso y al poco tiempo el sistema deja de funcionar.
Ahora unos científicos de la universidad de Stanford han creado un sistema basado en silicio recubierto de una fina capa de níquel que es la vez barato y estable. En 2011 otro grupo de la misma universidad consiguieron un sistema de este tipo recubriendo células de silicio con una capa de dióxido de titanio e iridio. Este sistema produjo hidrógeno durante 8 horas seguidas sin corroerse.
El resultado fue inspirador, pero se necesitan sistemas más estables en el tiempo (8 horas no es nada) y que además no necesiten de elementos como el iridio, que es caro y poco abundante en la corteza terrestre.
El níquel parecía que podía ser un buen sustituto, pues es barato, resistente a la corrosión y abundante. Hongjie Dai y Michael J. Kenney se pusieron manos a la obra y han creado un sistema en el que se recubre un electrodo de silicio con una capa de níquel de 2 nm de grosor. Junto con otro electrodo es sumergido en una disolución de borato de potasio en agua. Cuando la luz incide y se aplica una pequeña corriente de los electrodos parten burbujas de hidrógeno y oxígeno. Comprobaron que el proceso se producía durante 24 horas seguidas sin signos de corrosión, pero esta empezaba a darse a partir de ese punto.
Para mejorar el proceso los investigadores añadieron litio a la disolución y descubrieron que esto dotaba de una mayor resistencia a la corrosión. Ahora se mantenía el proceso durante 80 horas sin signos de corrosión. Curiosamente la adición de litio se ha venido usando en el tratamiento de electrodos de baterías de níquel desde los tiempos de Edison.
El níquel, además de impedir la corrosión, actúa de catalizador en el proceso de división del agua.
Estos investigadores planean ahora cómo seguir mejorando este sistema para aumentar su durabilidad.
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Fuentes y referencias:
Nota de prensa. [2]
Artículo original [3]