es.wedoany.com Noticia: Aidimme (Instituto Tecnológico de la Metalurgia, Mueble, Madera, Embalaje y Afines) ha desarrollado y validado, a través del proyecto SUR-FA, un enfoque integral para fabricar electrodos porosos con estructura controlada, superficies multinivel y comportamiento electrocatalítico adaptado a condiciones reales. El proyecto ha validado una metodología que abarca desde el diseño hasta la fabricación del electrocatalizador, incluyendo geometría, tecnologías de fabricación 3D, materiales, modificación superficial y fabricación del reactor, conformando un proceso en el que cada etapa influye directamente en el rendimiento del electrodo y su adaptabilidad a la aplicación prevista.
La investigación concibe el electrodo como un sistema funcional donde la geometría interna, las propiedades del material y la química superficial interactúan de forma interdependiente, en lugar de tratar estos elementos por separado como se hacía tradicionalmente. La estructura ya no responde únicamente a criterios constructivos, sino que se convierte en un elemento activo que influye en parámetros físicos como la transferencia de masa, el transporte iónico, la conducción electrónica y la distribución de corriente. La fabricación aditiva permite crear directamente estructuras personalizadas, generando porosidades periódicas que tienen un impacto decisivo en la transferencia de masa, la distribución de corriente y la resistencia iónica. Estos sustratos de alta precisión se someten posteriormente a una modificación superficial para obtener estructuras jerárquicas altamente ordenadas y dopadas con catalizadores, destinadas a superficies electrocatalíticas en los ámbitos de la energía y el medio ambiente.
El desarrollo comienza con el diseño estructural del electrodo poroso, introduciendo parámetros como el tamaño de poro, la conectividad de canales, el tipo de estructura, la tortuosidad y la relación superficie-volumen. La investigación consideró dos tipos de estructuras: las de celosía y las de superficie mínima triplemente periódica (TPMS). Las estructuras de celosía se basan en redes periódicas de barras y nodos, ofreciendo una alta rigidez mecánica, aunque los nodos introducen discontinuidades geométricas que aumentan la tortuosidad; las estructuras TPMS representan geometrías continuas con curvatura media nula, aplicadas en el proyecto mediante la estructura Flexa, que elimina discontinuidades, favorece canales interconectados y reduce las pérdidas hidráulicas. De más de 20 configuraciones iniciales se seleccionaron cuatro estructuras representativas: Flexa, Octet Truss, Diamond 20 y Dode-medium.
La metodología experimental se divide en fases interconectadas: primero, la definición de la celda unitaria y los parámetros de diseño, seguida del modelado multiescala. En la fase piloto, se validó la continuidad estructural mediante fabricación aditiva de poliamida con tecnología Multi Jet Fusion; posteriormente, se fabricaron las estructuras seleccionadas en titanio y cobre mediante fusión por haz de electrones en lecho de polvo. En cuanto a la modificación superficial, se aplicaron tratamientos de limpieza y acondicionamiento, seguidos de procesos electroquímicos, químicos y térmicos para generar nanoestructuras controladas (nanotubos, nanoporos, nanoláminas). Sobre sustratos de titanio se obtuvieron estructuras de dióxido de titanio mediante anodizado, y sobre sustratos de cobre se obtuvieron nanoláminas o nanohilos de óxido de cobre.
Desde el punto de vista físico, la estructura Octet Truss presenta alta rigidez mecánica y alta tortuosidad, lo que aumenta el tiempo de residencia pero limita el transporte iónico; la estructura Flexa es equilibrada, con baja turbulencia de flujo, pequeña caída de presión y alta conectividad; Diamond 20 ofrece estabilidad estructural con alta porosidad; y Dode-medium maximiza el transporte de electrolito. El proyecto desarrolló desde la caracterización a pequeña escala hasta reactores integrados con electrodos de 100 x 100 mm, optimizando el flujo de electrolito y la distribución de corriente.
La validación experimental se realizó en aplicaciones como la producción de hidrógeno, la oxidación de glicerol y la reducción de nitratos. En la producción de hidrógeno y la oxidación de glicerol se emplearon electrodos con estructura Dode-medium, cuyas micro y nanoestructuras superficiales favorecen la adsorción de especies intermedias. Los resultados muestran que la sinergia entre la estructura 3D diseñada, la modificación y el dopaje con níquel multiplica por 10 la producción de hidrógeno catódico en procesos fotoelectrocatalíticos, y por 15 la densidad de corriente anódica en la oxidación de glicerol. En la electroreducción de nitratos a amonio, con aguas salinas reales de alta carga de nitratos, se logró una eliminación del 100% de nitratos y una selectividad de amonio superior al 60%.
Actualmente, el proyecto ECO-RECEL, impulsado por Aidimme y respaldado por Ivace+i y el Fondo FEDER de la Unión Europea, está transformando celulosa de pino carrasco en productos de alto valor añadido mediante vías químico-electroquímicas, validando las cuatro configuraciones estudiadas en SUR-FA. Los resultados preliminares indican que el diseño del electrodo es un factor importante, especialmente en reactores de flujo. El proyecto SUR-FA ha establecido una metodología completa para el diseño y validación de electrodos porosos eficientes, demostrando que el diseño debe estar vinculado al proceso final y a la aplicación, abriendo nuevas posibilidades para la implementación de tecnologías avanzadas en los ámbitos de la energía y el medio ambiente.
