Hay muchas ventajas y desventajas para las opciones tecnológicas. Algunos fuera de mi cabeza:
- Heterogéneo versus homogéneo
Los catalizadores homogéneos son típicamente organometálicos, por lo que podrían ser potencialmente más baratos. También son más fáciles de estudiar desde una perspectiva química; tiene un número bien definido de átomos de metal para que sepa exactamente cuántos sitios activos hay. Sin embargo, los catalizadores homogéneos generalmente se degradan con bastante rapidez (aunque podrían ser fácilmente recargables). También necesitan ser activados por estímulos remotos, como la luz.
En contraste, los catalizadores heterogéneos son típicamente metales u óxidos metálicos. Son mucho más estables y fácilmente separables de la solución. Pueden responder a estímulos tales como potenciales aplicados, haciéndolos más fáciles de controlar (aunque potencialmente más caros y menos eficientes). Desafortunadamente, las superficies de los catalizadores heterogéneos son ridículamente difíciles de estudiar y comprender. Identificar el sitio activo y el número de sitios dificulta la cuantificación de la actividad catalítica intrínseca de estos materiales. Al mismo tiempo, sin embargo, la comunidad de física de estado sólido ha hecho grandes avances y ha establecido una buena base para comprender las propiedades del material a granel de los catalizadores. - Alcalino versus ácido
La estabilidad del catalizador es grande. Muy pocas cosas son estables en ácido. La mayoría de los materiales estables involucran metales preciosos que no son lo suficientemente abundantes para la aplicación a gran escala. Por otro lado, los sistemas alcalinos generalmente exploran óxidos de metales no preciosos, que son más abundantes pero generalmente menos eficientes. Hay un patio de recreo mucho más grande para potenciales químicos catalíticos en alcalinos.
La membrana en una pila de combustible / electrolizador también es importante. En soluciones alcalinas, la membrana es en realidad una gran fuente de pérdidas porque es bastante difícil transportar OH- a través de la membrana. En el ácido, los iones H + se transportan a través de la membrana, lo que es mucho más fácil y produce pérdidas insignificantes debido al pequeño tamaño de los protones.
Además, para el mismo material, el mecanismo de reacción para la reacción de evolución de hidrógeno y la reacción de evolución de oxígeno puede muy bien diferir (lo que resulta en diferentes eficiencias). Comprender estas diferencias sigue siendo un área importante para la investigación básica.
¿Necesitamos ambos? A largo plazo, diría que probablemente no. En este momento, creo que actualmente hay una mezcla, pero principalmente ácida, heterogénea. Funcionalmente, todos son muy similares, pero la implementación de hacer estos electrolizadores a escala puede diferir, especialmente los catalizadores homogéneos frente a los heterogéneos. No estoy muy familiarizado con esa área. Me inclino a decir que será muy difícil escalar electrolizadores ácidos debido a la abundancia elemental limitada de catalizadores utilizados en ácido.
Sin embargo, en general, creo que el mayor desafío con los electrolizadores es el costo de generar grandes cantidades de hidrógeno. Vea mi respuesta a ¿Por qué todavía no podemos producir fácilmente hidrógeno a partir del agua? Los fotocatalizadores (homogéneos o heterogéneos) podrían ayudar a aliviar esto como un costo de capital fijo.
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