Síntesis, Caracterización y apliación de nuevos materiales tecnológicos para tecnologías limpias. Celda de combustible de alcohol directa. Estudio teórico y experimental de la reacción de reducción de Oxígeno.

M ASTEAZARAN; G CESPEDES; G. COCHA; AM CASTRO LUNA

Congreso; III Reunión Materiales Tecnológicos en Argentina - M@ttear 2014; 2014

El uso de fuentes primarias de energía renovables es reconocido como una alternativa para solucionar los problemas asociados con la combustión de combustibles fósiles, entre los cuales se destacan la ineficiencia operacional de las maquinas térmicas, la certeza del agotamiento de las reservas de estos combustibles y el aumento de la contaminación ambiental debido a su uso. Para alcanzar alta eficiencia de conversión y máxima velocidad de drenaje de corriente se propone utilizar sistemas electroquímicos de conversión (celdas de combustible) y de almacenamiento de energía (electrolizadores/baterías recargables).Las celdas de combustible de alcohol directo (DAFCs) convierten la energía química almacenada en el alcohol en electricidad. Debido a su elevada energía específica, recarga instantánea y larga vida, las DAFCs se postulan como los próximos sustitutos de la batería en aplicaciones de micro potencia. Los alcoholes que se usan son generalmente metanol y/o etanol mayoritariamente. Existen todavía en las DAFCs pérdidas de energías importantes asociadas a problemas de electrocatálisis de las reacciones electródicas que disminuyen la eficiencia de conversión. Se requiere el desarrollo de catalizadores selectivos con estructuras superficiales de alta actividad electrocatalítica que permitan reducir las pérdidas de energía relacionadas con la electroreducción de oxígeno (ORR) en el cátodo y la electrooxidación de alcohol en el ánodo, y así obtener máxima corriente con alta eficiencia en la celda. Para favorecer la cinética de la ORR, se han propuesto catalizadores en base Pt tales como PtCo/C y PtFe/C, con los cuales el aumento en la actividad catalítica se atribuye a varios factores como el espaciado interatómico, la orientación cristalográfica preferencial, las interacciones electrónicas, etc.Para hacer la DAFC competitiva con la tecnología de baterías, se propone el concepto de celda pasiva, sin bombas ni compresores auxiliares. El alcohol es una solución concentrada que llega al ánodo por difusión y el oxidante es aire. Esta celda genera una potencia a la salida más baja que la celda activa y constituye después de construir un apilamiento de varias de ellas la mejor elección para sistemas portátiles.Uno de los problemas que se presentan en las DAFCs pasivas es el pasaje de alcohol desde el ánodo al cátodo a través del electrolito sólido transportador de protones, Nafion® alcohol crossover. La presencia de alcohol en el cátodo de Pt, interfiere en la ORR, ya que tanto el O2 como el alcohol compiten por los sitios activos del catalizador y en consecuencia no solo se reduce el O2 sino que se oxida simultáneamente el alcohol. Una de las formas de evitar este problema es encontrar un cátodo catalítico que no sea afectado por la presencia de alcohol. El objetivo de este trabajo es estudiar la síntesis y caracterización tanto física como electroquímica de materiales catalíticos para el cátodo, tolerantes a la presencia de alcohol. Se han ensayado materiales binarios en base a platino, PtCo/C y PtFe/C sintetizado en el laboratorio y se ha comparado su actividad, los resultados experimentales obtenidos han sido simulados planteando un modelo de reacción simultáneo para el oxígeno y el alcohol en el cátodo.