Desarrollo de electrodos de mallas de acero inoxidable recubiertas con níquel poroso para su aplicación en electrolizadores alcalinos tipo zero-gap

La descarbonización de la industria ha posicionado al hidrógeno verde como un vector energético estratégico; sin embargo, el elevado costo de los componentes para la electrólisis representa una barrera para su implementación masiva. Para abordar esta problemática, este trabajo presenta una ruta escalable y de bajo costo para la fabricación de cátodos mediante la electrodeposición de recubrimientos de níquel poroso (Niporoso) sobre mallas de acero inoxidable comercial (SSM, AISI 316L). El proceso emplea una técnica de dos pasos que incluye el depósito de una aleación de NiCu seguida de un proceso de disolución selectivo de Cu (dealloying), utilizando una capa intermedia de Ni-Watts para garantizar la adherencia mecánica del catalizador sobre el sustrato.

La caracterización morfológica mediante SEM reveló la formación de nanoestructuras con morfología tipo coral y tamaños de poro distribuidos entre 100 y 300 nm. Estas estructuras permitieron alcanzar un área superficial electroquímicamente activa (ECSA) de aproximadamente 54 cm² por cada cm² de área proyectada, lo que representa un incremento sustancial en la disponibilidad de sitios activos. En ensayos electroquímicos realizados en KOH 1,0 M a 30°C, los electrodos desarrollados (SSM/Ni/Niporoso) demostraron una cinética superior para la reacción de evolución de hidrógeno (HER), presentando una densidad de corriente de intercambio de 2,95x10^-1 mA/cm² y una pendiente de Tafel de 68 mV/dec.

El desempeño fue validado en una celda de electrólisis alcalina (zero-gap) bajo condiciones operativas industriales (30% wt. KOH a 70°C), donde los cátodos alcanzaron una densidad de corriente de 523 mA /cm² a 2,0 V y sostuvieron un funcionamiento estable durante 24 horas de operación continua a 100 mA/cm². Finalmente, se implementó un modelo numérico de multifísica que logró reproducir las curvas de polarización experimentales con un error relativo inferior al 5%, confirmando que las mejoras en el desempeño derivan del aumento del ECSA y la optimización de los parámetros cinéticos de la HER. Los resultados demuestran que la sustitución de soportes costosos de níquel por mallas de acero inoxidable modificadas es una estrategia viable para mejorar la competitividad económica de la producción de hidrógeno verde.