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In a Korean laboratory, a sheet of nickel and cobalt is doing a job that platinum has done for decades. The electrode splits water into hydrogen and oxygen, and the team at the Korea Institute of Energy Research (KIER) says it does so for 99% less material cost than noble-metal electrodes. Dr. Kyung-Soo Kang and Dr. Hyun-Jun Lee lead the work, published in Advanced Science. By the researchers' own price figures, nickel costs about $0.02 per gram and cobalt about $0.05, against roughly $58 for platinum and $54 for ruthenium.
En un laboratorio surcoreano, una lámina de níquel y cobalto realiza una tarea que el platino ha desempeñado durante décadas. El electrodo separa el agua en hidrógeno y oxígeno, y el equipo del Instituto Coreano de Investigación Energética (KIER) afirma que lo hace con un coste de material un 99 % menor que los electrodos de metales nobles. Los doctores Kyung-Soo Kang y Hyun-Jun Lee dirigen el trabajo, publicado en Advanced Science. Según las propias cifras de precio de los investigadores, el níquel cuesta unos 0,02 dólares por gramo y el cobalto unos 0,05, frente a unos 58 dólares por gramo del platino y 54 del rutenio.
The problem being solved is slow chemistry. Alkaline electrolysis is the variant best suited to large plants because its equipment is comparatively cheap. But water splits more than 100 times more slowly under alkaline conditions than in acidic ones, so the reaction needs a catalyst. Platinum and ruthenium supply that speed, and their price is what has kept the process from scaling. KIER's answer is an electrode built from two layers of activity on one surface: nickel oxide, which speeds the breaking of water molecules, and a nickel-cobalt alloy, which helps the hydrogen form. The step that limits the whole reaction is water splitting, and the oxide targets that step directly.
El problema que se intenta resolver es una química lenta. La electrólisis alcalina es la variante más adecuada para plantas de gran tamaño porque su equipamiento es relativamente barato. Pero en condiciones alcalinas el agua se separa más de 100 veces más despacio que en condiciones ácidas, por lo que la reacción necesita un catalizador. El platino y el rutenio aportan esa velocidad, y su precio es lo que ha impedido escalar el proceso. La respuesta del KIER es un electrodo formado por dos capas activas en una misma superficie: óxido de níquel, que acelera la ruptura de las moléculas de agua, y una aleación de níquel y cobalto, que favorece la formación del hidrógeno. El paso que limita toda la reacción es la separación del agua, y el óxido actúa directamente sobre ese paso.
The numbers are measured on the team's own equipment. The electrode delivers hydrogen output equal to a conventional platinum electrode at roughly 40% of the overpotential, the extra voltage a reaction needs beyond its theoretical minimum. The team says this places it among the best non-noble alkaline electrodes reported over the past three years. In an 8.7-centimetre unit cell, cell voltage was 11% lower than a cell with a conventional nickel electrode. After 600 start-stop cycles, performance stayed stable, a test meant to mimic a plant that runs on intermittent wind or solar power.
Las cifras se han medido con el equipamiento del propio equipo. El electrodo ofrece una producción de hidrógeno igual a la de un electrodo convencional de platino con alrededor del 40 % del sobrepotencial, es decir, el voltaje extra que necesita una reacción por encima de su mínimo teórico. Según el equipo, esto lo sitúa entre los mejores electrodos alcalinos sin metales nobles publicados en los últimos tres años. En una celda unitaria de 8,7 centímetros, el voltaje de celda fue un 11 % inferior al de una celda con electrodo de níquel convencional. Tras 600 ciclos de arranque y parada, el rendimiento se mantuvo estable, una prueba que pretende imitar una planta que funciona con energía eólica o solar intermitente.
For a reader, the point is what this could change in the price of green hydrogen. The team says the technology could let South Korea source the core materials of alkaline electrolysis at home, since the sector has relied heavily on imports, and could lower production costs. Lee says the team has fabricated 40-centimetre electrodes and is optimizing the process for commercial mass production, with a next target of 5,000 cm² for megawatt-scale systems. The publication gives no dates for that step, and the figures so far come from the laboratory. A cell in a lab is not a plant running for years, and a 99% cut in material cost does not by itself mean a 99% cut in what the hydrogen costs to make. Those are the tests that still lie ahead.
Para el lector, lo importante es qué podría cambiar en el precio del hidrógeno verde. El equipo asegura que la tecnología podría permitir a Corea del Sur obtener en el país los materiales básicos de la electrólisis alcalina, dado que el sector depende en gran medida de las importaciones, y podría reducir los costes de producción. Lee afirma que el equipo ha fabricado electrodos de 40 centímetros y que está optimizando el proceso para la producción comercial en masa, con un próximo objetivo de 5000 cm² para sistemas de escala megavatio. La publicación no indica fechas para ese paso, y las cifras obtenidas hasta ahora proceden del laboratorio. Una celda de laboratorio no equivale a una planta que funciona durante años, y una reducción del 99 % en el coste de los materiales no significa por sí sola una reducción del 99 % en lo que cuesta producir el hidrógeno. Esas son las pruebas que aún quedan por delante.