KNOXVILLE, TN, 31 de julio de 2026 /24-7PressRelease/ -- Durante décadas, la investigación sobre electrólisis del agua ha tratado las burbujas pequeñas que se desprenden rápidamente como el ideal. Un nuevo estudio desafía esa suposición. Los investigadores descubrieron que, en operación de alta corriente, las burbujas que se fusionan y abandonan el electrodo más tarde pueden mejorar la reacción de evolución de hidrógeno (HER). Estas burbujas más grandes que se desprenden no son útiles simplemente por ser grandes; son útiles porque su coalescencia elimina las burbujas diminutas adheridas al electrodo y agita el líquido cercano. Al ajustar la composición del electrolito, el equipo demostró que los sistemas propensos a la coalescencia lograron una eficiencia HER hasta un 30% mayor que los sistemas con coalescencia inhibida, ofreciendo una nueva forma de repensar las pérdidas de energía en la producción de hidrógeno.

Se espera que el hidrógeno verde ayude a descarbonizar la fabricación química, el transporte, la fabricación de acero y otras industrias difíciles de electrificar. Sin embargo, la eficiencia de la electrólisis sigue limitada por las burbujas generadas en las superficies de los electrodos. Estas burbujas pueden cubrir los sitios catalíticos, ralentizar el transporte de iones y debilitar la transferencia de calor y masa cerca del electrodo. Por lo tanto, las estrategias convencionales se centran en hacer que las burbujas se desprendan antes y en tamaños más pequeños mediante el diseño de la superficie, el control de la humectabilidad o campos externos. Pero a altas densidades de corriente, las burbujas colisionan con frecuencia y las interacciones burbuja-burbuja comienzan a dominar el proceso. Basándose en estos desafíos, existe la necesidad de investigar cómo la coalescencia de burbujas cambia el transporte interfacial y la eficiencia de la electrólisis.

Un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China Oriental y la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur informó (DOI: 10.1016/j.esci.2025.100472) los hallazgos en eScience, con el artículo disponible en línea en julio de 2026. El estudio examinó cómo la composición del electrolito controla la coalescencia de burbujas, el desprendimiento de burbujas y el rendimiento de la reacción de evolución de hidrógeno (HER) en la electrólisis del agua tanto ácida como alcalina. Los resultados muestran que promover, en lugar de suprimir, la coalescencia de burbujas puede mejorar la eficiencia al remodelar cómo las burbujas abandonan la superficie del electrodo.

El equipo utilizó una celda electrolítica de tres electrodos con un electrodo de disco de platino, mediciones electroquímicas, imágenes de alta velocidad y simulaciones numéricas. En ácido sulfúrico, las burbujas se fusionaban fácilmente; cuando se añadía ácido perclórico o sulfato de sodio, la coalescencia se suprimía y el tamaño de desprendimiento de las burbujas se hacía más pequeño. Sorprendentemente, las burbujas más pequeñas no mejoraron el rendimiento. A -40 mA, la adición de ácido perclórico redujo el tamaño de las burbujas pero causó una caída de aproximadamente el 20% en la eficiencia HER. A -60 mA, la brecha de rendimiento alcanzó aproximadamente el 30%. El análisis mecanicista mostró por qué: una burbuja recién desprendida puede permanecer sobre el electrodo y fusionarse continuamente con microburbujas ancladas en la superficie. Este desprendimiento tardío arrastra las microburbujas a tamaños inferiores a 10 μm, liberando sitios activos antes de que se bloqueen. Al mismo tiempo, la coalescencia genera flujos locales superiores a 1 m/s, rompiendo la capa interfacial normalmente estancada y mejorando la transferencia de calor y masa. En medios alcalinos, donde la coalescencia se suprime naturalmente, la adición de micropartículas de poliestireno (PS) hidrofóbicas promovió la coalescencia y mejoró la eficiencia en un 2-6%.

Los autores dijeron que el trabajo cambia la pregunta clave en el manejo de burbujas. En lugar de preguntarse solo cómo hacer las burbujas más pequeñas, dijeron que el diseño futuro de la electrólisis debería preguntarse cómo interactúan las burbujas después de formarse. La coalescencia de burbujas, dijeron, puede actuar como un proceso autodirigido de limpieza y mezcla en la superficie del electrodo: elimina las microburbujas temprano, reabre los sitios de reacción y trae electrolito fresco a una región donde el transporte suele ser lento. Esto ayuda a explicar por qué las burbujas más grandes que se desprenden pueden indicar un mejor, no peor, rendimiento en condiciones de alta corriente.

Estos hallazgos sugieren un nuevo principio de diseño para sistemas electroquímicos que evolucionan gas. En sistemas ácidos, donde las burbujas ya se fusionan fácilmente, los electrodos o campos de flujo podrían diseñarse para aumentar las colisiones útiles de burbujas. En la electrólisis alcalina del agua, la electrólisis de agua de mar y los procesos de cloro-álcali, donde la coalescencia de burbujas a menudo se inhibe, los aditivos electrolíticos o estrategias asistidas por partículas pueden ayudar a restaurar la fusión beneficiosa. El estudio también apunta a aplicaciones más amplias en la electrólisis industrial, donde la eliminación de burbujas superficiales y el transporte interfacial siguen siendo límites importantes. Al tratar la coalescencia como una herramienta controlable, los dispositivos futuros pueden reducir la pérdida de energía sin depender solo de mejoras en el catalizador o la superficie del electrodo.

Referencias
DOI
10.1016/j.esci.2025.100472

URL de la fuente original
https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100472

Información de financiación
Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China; Programa Piloto de Shanghái para la Investigación Básica; Proyecto Especial para los Picos de Emisiones de Dióxido de Carbono y la Neutralidad de Carbono de la Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Shanghái; Fundación de Investigación Básica y Aplicada de Guangdong.

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