Investigadores del Instituto de Tecnología Química han diseñado perovskitas para mejorar la producción de hidrógeno verde, clave en la transición energética y reducción de emisiones de carbono.
El Instituto de Tecnología Química (ITQ), que es un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV), ha participado en un estudio internacional publicado en la revista Nature Communications. Este trabajo se centra en los fundamentos para la producción de perovskitas, materiales cuya estructura interna puede ser diseñada para obtener propiedades útiles, como la capacidad de captar luz o conducir electricidad. A través de esta investigación, el equipo ha identificado una 'regla general' que permite predecir el comportamiento de estos materiales, lo que podría mejorar el diseño de dispositivos altamente eficientes destinados a la producción de hidrógeno verde. Este tipo de energía es fundamental para la descarbonización industrial y la transición hacia fuentes energéticas más limpias.
El estudio se enfoca específicamente en las características de hidratación en perovskitas dobles basadas en cobalto, que son utilizadas como electrodos en celdas cerámicas para separar agua en hidrógeno y oxígeno. Esta separación es esencial para generar hidrógeno verde, ya que el proceso requiere electricidad proveniente de fuentes renovables. La investigación realizada por el ITQ ha permitido entender cómo estos materiales incorporan agua y mantienen protones dentro de su estructura, un aspecto crucial para desarrollar tecnologías más eficientes.
Los investigadores analizaron 45 composiciones diferentes de perovskitas y emplearon técnicas avanzadas que incluyen análisis estructural, espectroscopía, simulaciones teóricas y experimentos isotópicos. Estas metodologías permiten observar el fenómeno complejo de hidratación a nivel atómico; no solo se trata de examinar el material, sino también comprender cómo están organizados sus átomos, su movimiento e interacción con el agua. Cada técnica proporciona una pieza clave del rompecabezas.
José Manuel Serra, profesor de investigación del CSIC en el ITQ y uno de los participantes del estudio, señala: “Nuestro trabajo ofrece una nueva comprensión sobre los mecanismos físico-químicos que rigen la hidratación y el transporte protónico en materiales electroquímicos avanzados”. Un hallazgo significativo ha sido identificar una regla general relacionada con la estructura electrónica de ciertos elementos llamados lantánidos, fundamentales para determinar la capacidad del material para incorporar y estabilizar protones.
Los resultados obtenidos tienen el potencial de impulsar nuevas tecnologías basadas en hidrógeno verde, una estrategia clave para reducir las emisiones de carbono. En particular, este estudio proporciona información valiosa para mejorar el diseño de celdas cerámicas de protones (PCECs), dispositivos altamente eficientes que pueden funcionar tanto como pilas de combustible —generando electricidad a partir del hidrógeno— como electrolizadores más eficaces y duraderos que producen hidrógeno limpio.
María Balaguer, científica titular del CSIC en el ITQ también involucrada en esta investigación, explica: “Este enfoque combinado nos permite identificar qué composiciones favorecen una mayor incorporación y estabilidad de protones. Esto es esencial para desarrollar materiales multifuncionales destinados al almacenamiento energético, electrólisis del agua y conversión electroquímica”. Estos avances son cruciales para crear sistemas energéticos más sostenibles alineados con los objetivos europeos sobre descarbonización.
La investigación fue llevada a cabo por un consorcio internacional liderado por SINTEF y la Universidad de Oslo (Noruega), junto con instituciones como la Gda?sk University of Technology (Polonia), Chalmers University of Technology (Suecia) y el Instituto de Tecnología Química (CSIC-UPV). Además, este trabajo se inscribe dentro de proyectos europeos como M-ERA.NET GoPHy MiCO y FunKeyCat, financiados por diversas agencias nacionales e internacionales.
Strandbakke, R., Wachowski, S.L., Balaguer, M. et al. Governing principles of hydration of mixed proton conducting Co-based double perovskites. Nat Commun 17, 4344 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70212-w
Las perovskitas son materiales con una estructura interna que se puede diseñar para obtener propiedades útiles, como captar luz o conducir electricidad. Son importantes en la producción de hidrógeno verde porque se utilizan como electrodos en celdas cerámicas que separan el agua en hidrógeno y oxígeno, facilitando así la generación de energía limpia.
La hidratación influye en cómo estos materiales incorporan y estabilizan protones, lo cual es crucial para su eficiencia. Dependiendo de las condiciones operativas, como temperatura y ambiente gaseoso, la interacción con el agua puede variar, afectando directamente el rendimiento del material.
Se espera que los conocimientos obtenidos impulsen el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en hidrógeno verde, mejorando el diseño de celdas cerámicas de protones (PCECs) que pueden funcionar tanto como pilas de combustible como electrolizadores, contribuyendo a un sistema energético más sostenible.