Cuando se menciona el término 'electrólisis', la mayoría de las personas piensa únicamente en dividir la molécula de agua (H2O) en sus átomos constituyentes. Sin embargo, esto apenas roza la superficie de los procesos físicos y químicos involucrados. Al comprender el panorama completo, resulta evidente cómo la electrólisis puede aplicarse a tareas diversas, incluyendo el refinado de metales y la creación de baterías de flujo, tal como se detalla en un video reciente de NightHawkInLight.
A nivel fundamental, la electrólisis es precisamente lo que indica su nombre: una forma de lisar (separar) mediante electrones, los cuales son suministrados o retirados por el ánodo y el cátodo. Este proceso puede romper los enlaces entre hidrógeno y oxígeno, pero también los del mineral de hierro, como la magnetita (Fe3O4). La eliminación de oxígeno de los átomos de hierro se realiza habitualmente mediante un proceso de reducción utilizando monóxido de carbono o hidrógeno.
Al disolver el mineral de hierro en ácido, la electrólisis permite separar ambos componentes. En este ejemplo, el ácido es creado por un lado de la celda electrolítica, con ambos electrodos separados por una membrana de intercambio iónico. Esta barrera impide que los procesos químicos de cada lado interfieran entre sí, permitiendo que la celda funcione correctamente. El video también demuestra cómo fabricar estas membranas de forma casera.
Mediante una disposición cuidadosa de estas membranas y electrodos, es posible controlar qué reacciones ocurren y qué iones, cargados positiva o negativamente, pueden atravesar cada barrera. Esto otorga un control preciso sobre el sistema, permitiendo incluso evitar reacciones indeseadas, como la generación de gas cloro al procesar NaCl.
Se utiliza un tinte indicador de acidez para mostrar con detalle el funcionamiento de la celda, incluyendo la preparación necesaria para ajustar el pH antes de mezclar el mineral de hierro triturado con parte del ácido generado. El resultado es un proceso químico de ciclo cerrado al que solo se debe añadir más mineral y reemplazar los electrodos a medida que el depósito de hierro se vuelve suficientemente grueso. Además de suministrar electricidad, el sistema puede invertirse para funcionar como una batería química, similar a una celda de plomo-ácido.
Posteriormente, el video explica cómo fabricar sus propias membranas de intercambio iónico, siguiendo el trabajo de Rowow, quien se basó en un artículo científico para crear membranas utilizando componentes comerciales accesibles. El proceso implica triturar finamente perlas de resina para crear un lodo que se aplica sobre una tela y se deja secar.
En este punto, el ejemplo del refinado de mineral de hierro sirve como modelo para construir una batería de flujo. Esto requiere electrodos de grafito en forma de varillas y fieltro de grafito casero, fabricado a partir de mantas ignífugas para soldadura. Estas mantas se vuelven conductivas al exponerlas al fuego para eliminar volátiles y luego calentarlas intensamente en un microondas, siempre realizando el proceso en exteriores.
La química de la batería de flujo se basa en sulfato de hierro con ácido cítrico como estabilizador. El voltaje de la celda es de 1.2 V, y el prototipo de cubeta demostrado proporciona hasta medio amperio. Existen formas de mejorar esta química, aunque conlleva los desafíos técnicos habituales al manipular diversos ácidos.
Como demostración final, el autor regresa a lo básico con un generador de hidrógeno, pero empleando una membrana para aumentar la eficiencia respecto a la configuración abierta convencional, permitiendo la salida de hidrógeno comprimido.
Vía Hackaday.
