Reacción de oxidación de hidrógeno sobre un electrodo de Pt recubierto con membrana polimérica: influencia de la concentración de H2 en la membrana

C.A. MAROZZI; M.R. GENNERO DE CHIALVO; A.C. CHIALVO

Salta

Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009

Asociacion Argentina de Investigacion Fisicoquimica AAIFQ

Los electrodos de las celdas de combustible tipo PEM están constituídos por nanopartículas de Pt soportados sobre carbón y recubiertas con una película de un polímero conductor protónico. La reacción de oxidación del H2 en este medio está fuertemente condicionada por el valor de la densidad de corriente límite difusional del H2 en la membrana, la que debe ser lo más elevada posible. Un aumento de la misma puede lograrse elevando la concentración del H2 en la película polimérica. Esto puede hacerse aumentando la presión respectiva, pero a costa de consumir energía de la propia celda. Una alternativa más interesante es la búsqueda de conductores protónicos que tengan solubilidades de H2 mucho más elevadas. En ese contexto, en el presente trabajo se ha estudiado en forma teórica la influencia del aumento de la solubilidad de H2 en una membrana de Nafion, que recubre a un electrodo rotante de Pt, sobre las curvas densidad de corriente - sobrepotencial. Se partió de la resolución rigurosa de la cinética de la hor en base al mecanismo de Volmer-Heyrovsky-Tafel utilizando el modelo de adsorción de Frumkin para el intermediario y contemplando la difusión del H2 desde el seno de la solución electrolítica, pasando por la interfase solución-polímero y en el interior de la membrana. En base a ella se procesaron datos experimentales [1] obtenidos sobre un electrodo de Pt rotante recubierto con una membrana de Nafion de 1,8 micrones de espesor, en solución de HClO4 0,1 M. La correlación de las curvas permitió obtener los valores de todos los parámetros cinéticos y difusionales del modelo. A posteriori, y despreciando la contribución de la interfase solución-membrana, se simularon dichas curvas cuando se incrementa la solubilidad del H2 en la membrana de Nafion. Se encontró que el aumento de la solubilidad del H2 en la membrana aumenta significamente la densidad de corriente máxima acercándose a la del Pt desnudo. 2. J. Maruyama et al., J. Electroanal. Chem. 447 (1998) 201.