Desarrollo y aplicación de electrocatalizadores de alta eficiencia para generación de hidrógeno en medio alcalino

BENAVENTE-LLORENTE, VICTORIA; MELISA J. GOMEZ; HAINER, ANDREW; DIAZ, LILIANA A.; GABRIELA I. LACCONI; SCAIANO, JUAN C.; LANTERNA, ANABEL E.; ABUIN, GRACIELA C.; ESTEBAN A. FRANCESCHINI

Seminario; SIMAFE 2020; 2020

La necesidad de una transición hacia una economía libre de emisiones de dióxido de carbono ha motivado a la comunidad científica a explorar alternativas sustentables para el almacenamiento y uso de la energía. En este contexto, el hidrógeno es un combustible excelente, presentando una alta densidad energética gravimétrica (~120 kJ/g lower heating value), que puede utilizarse en calefacción o generación de electricidad a demanda en aplicaciones estacionarias1. La electrólisis del agua en medio alcalino es una vía prometedora para generar hidrógeno ya que permite obtenerlo con una alta pureza utilizando catalizadores basados en metales no nobles, reduciendo marcadamente los costos de producción.Los electrodos de níquel modificados han surgido como catalizadores de bajo costo para la reacción de evolución de hidrógeno (REH) durante la electrólisis del agua en electrolizadores alcalinos, tanto de ?zero gap?, como de electrolito líquido convencional. El mecanismo de desactivación de los electrodos de níquel se origina en la formación de especies oxigenadas de níquel sobre la superficie de los electrodos. Ha sido presentado en bibliografía que la modificación de los electrodos por adición de dispersiones de óxidos metálicos (como CeO2 y TiO2) permitiría aumentar la estabilidad de los catalizadores, evitando la oxidación de superficies y aumentando la actividad catalítica del electrodo2. Por otro lado, se ha reportado que la aleación de níquel con otros metales no nobles como Co, Mo o Fe mejora la actividad catalítica y la resistencia a la corrosión3.Fig 1. Cronoamperometría realizada en electrodos de níquel Watts y electrodos de níquel modificados. Inset. Imágenes SEM de los distintos electrodos preparados.En este trabajo, se resumen los resultados de dos estrategias llevadas a cabo en busca de mejorar las propiedades catalíticas de electrodos de níquel. Por un lado, se prepararon recubrimientos de níquel tipo composite con nanopartículas de distintos óxidos metálicos (Nb2O5, BiO3, WO3). Por otro lado, se prepararon aleaciones de NiMo mediante electrodeposición pulsada, estudiando los efectos de las condiciones de deposición. Los electrodos fueron caracterizados química y estructuralmente, mientras que sus propiedades electrocatalíticas hacia REH fueron evaluadas en KOH 1.0 M. Se encontró que ambas estrategias mejoran significativamente la corriente de generación de hidrógeno, así como la estabilidad en un estudio de envejecimiento corto (Fig 1.), respecto a un catalizador convencional de níquel Watts.