En una era en la que la búsqueda de fuentes de energía sostenibles se ha vuelto primordial, los investigadores exploran incansablemente vías innovadoras para 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 se acelerareacciones electroquímicasmediante el uso de catalizadores, sustancias que aumentan las velocidades de reacción sin consumirse.La electrocatálisis es fundamental en dispositivos comocombustibleceldas y electrolizadores, donde permite la transformación eficiente de combustibles como hidrógeno y oxígeno en electricidad, o agua en hidrógeno y oxígeno, respectivamente, facilitando un ciclo de energía limpia.

Pero el problema es la eficiencia.Los métodos tradicionales de electrocatálisis a menudo no logran maximizar el transporte de reactivos a la superficie del catalizador, que es un paso clave en la conversión de energía.Esto reduce la eficiencia general de la reacción y ralentiza nuestro progreso hacia soluciones de energía limpia.

Ahora, científicos dirigidos por Magalà Lingenfelder en EPFL han desarrollado un enfoque novedoso para rastrear los procesos fundamentales que mejoran la eficiencia de la producción de combustible limpio.Publicado enComunicaciones de la naturaleza, eltrabajarse centró en la prometedora intersección de los campos magnéticos y la electrocatálisis, ofreciendo un camino hacia tecnologías de producción de combustible más eficientes y respetuosas con el medio ambiente.

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 giratorios 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 planteadas por la escasez de reactivos, un obstáculo común en reacciones como la reacción de reducción de oxígeno (ORR).fundamental para las pilas de combustible.

Para hacer todo esto, los investigadores tuvieron que construir una herramienta para observar el movimiento de iones en tiempo real bajo un campo magnético, utilizando una configuración magnetoelectroquímica avanzada.Para la configuración realmente sofisticada, Lingenfelder recurrió a su vecino de oficina y experto en espintrónica, el profesor Jean-Philippe Ansermet, que también había estudiado los efectos del espín en electroquímica.

"Adaptamos el electroimán de Jean-Philippe para medir los efectos del campo magnético en reacciones electrocatalíticas clave para la energía verde", afirma."Usando un truco creativo desarrollado por Priscila y Yunchang [los primeros autores del estudio], pudimos rastrear in situ cómo se mueven los iones en el electrolito bajo unacampo magnéticoy proporcionar una base sólida sobre cómo 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 diferentes efectos y observar cómo las fuerzas magnéticas pueden agitar y mejorar el movimiento de los reactivos alrededor del catalizador.

Este proceso, similar a la creación de remolinos en miniatura, mejora significativamente la eficiencia de las reacciones cruciales para la producción de hidrógeno verde, ofreciendo una vía prometedora para avanzar en 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 sustancial en eficiencia, pero, lo más importante, permitió al equipo resolver muchas controversias fundamentales en el campo al demostrar los mecanismos y condiciones necesarios para que los campos magnéticos mejoren diferentes reacciones electrocatalíticas que involucran productos gaseosos o reactivos como el hidrógeno y el oxígeno.

El estudio traza el camino hacia el uso de campos magnéticos para mejorar la eficiencia de la electrocatálisis que puede impulsarnos hacia una producción de combustible sostenible más eficaz.Puede revolucionar las tecnologías de conversión de energía, hacer que las pilas de combustible se adopten más ampliamente, por ejemplo, en vehículos de hidrógeno, y aumentar la producción de hidrógeno como fuente de energía limpia, mitigando también el impacto de nuestro consumo de energía en el cambio climático del planeta.