Un investigador de la Universidad de La Laguna ha desarrollado catalizadores a base de grafeno y metales no nobles, mejorando la eficiencia y sostenibilidad en dispositivos electroquímicos para energía limpia.
La Sección de Química de la Universidad de La Laguna ha sido el escenario esta semana de un importante acontecimiento académico: la defensa de la tesis doctoral del investigador Sergio Fajardo Rodríguez. Su trabajo, titulado “Catalizadores basados en grafeno para la reacción de reducción de oxígeno en dispositivos electroquímicos de conversión de energía”, obtuvo la máxima calificación. Esta investigación fue dirigida por las catedráticas Elena María Pastor Tejera, de la Universidad de La Laguna, y María del Pilar Ocón Esteban, de la Universidad Autónoma de Madrid, y se inscribe dentro del Programa de Doctorado en Química e Ingeniería Química, con mención internacional.
La investigación aborda una necesidad urgente: la descarbonización del sistema energético global. Dentro de este contexto, los dispositivos electroquímicos como las pilas de combustible y las baterías metal-aire emergen como tecnologías prometedoras, capaces de convertir energía química en electricidad con alta eficiencia y sin emisiones contaminantes. Sin embargo, uno de los principales obstáculos es la obtención de catalizadores que sean altamente eficientes y duraderos para facilitar una reacción clave: la reducción de oxígeno. Hasta ahora, esta función ha sido desempeñada por catalizadores a base de platino, un metal escaso y costoso.
En su tesis, Fajardo ha propuesto una alternativa innovadora mediante el uso de materiales derivados del grafeno, modificados químicamente y combinados con metales no nobles como el cobalto y el manganeso. Estos nuevos catalizadores no solo reducen costos y huella ambiental, sino que también ofrecen rendimientos electroquímicos comparables o superiores a los materiales tradicionales. Durante su presentación, Fajardo explicó que el grafeno utilizado se genera químicamente con baja pureza en comparación con el empleado en aplicaciones electrónicas: “Lo que buscamos son imperfecciones, porque en esos defectos es donde realmente ocurren las reacciones electroquímicas”.
A través de procesos químicos controlados, se introducen átomos como nitrógeno, oxígeno o azufre en la estructura del grafeno, creando sitios activos que mejoran tanto la actividad catalítica como la estabilidad del sistema. Uno de los hitos destacados fue demostrar que añadir manganeso a sistemas basados en cobalto incrementa considerablemente la durabilidad del material. Además, se evidenció la posibilidad de recuperar la actividad catalítica tras su degradación, lo cual abre nuevas oportunidades para estrategias de reciclaje dentro del marco de una economía circular.
“Con estos materiales queremos contribuir a una revolución energética realista y asequible”, afirmó Fajardo Rodríguez durante su defensa. En sus experimentos, los nuevos catalizadores han mostrado un rendimiento electroquímico competitivo y buena densidad de corriente, además de resistencia al paso del tiempo y condiciones exigentes.
El trabajo incluye varias publicaciones científicas en revistas especializadas y ha sido desarrollado parcialmente en colaboración con laboratorios europeos, lo que le otorgó la Mención Internacional de Doctorado. Las directoras subrayaron tanto la madurez científica del trabajo como su aplicabilidad industrial a medio plazo.
Aunque aún se requiere más investigación para su producción industrial, las técnicas empleadas son fácilmente escalables a nivel semiindustrial. Esto permite prever futuras aplicaciones reales en sectores como el almacenamiento energético o los sistemas basados en hidrógeno.
Este avance representa un paso significativo hacia un futuro donde la energía limpia no dependa exclusivamente de materiales costosos o difíciles de obtener. Utilizando grafito natural —el mismo componente presente en los lápices— modificado químicamente junto con metales abundantes, se han logrado desarrollar materiales catalíticos prometedores que podrían facilitar el desarrollo de nuevas generaciones de dispositivos electroquímicos. En palabras del doctorando: “No estamos hablando solo de hacer ciencia; estamos creando herramientas viables para una transición energética real”.