Nanopartículas de Pt facetadas para uso en celdas de combustible PEM

RAMOS SILVINA GABRIELA; ANDREASEN GUSTAVO; TRIACA WALTER

Córdoba

Congreso; XVII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2011

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

En celdas de combustible de hidrógeno/oxígeno que operan a bajas temperaturas una de las principales limitaciones está asociada a la cinética lenta de la reacción catódica de electrorreducción de oxígeno, lo que implica menor potencia para un mismo voltaje. El Pt es un efectivo electrocatalizador para las reacciones electródicas, principalmente, la electrorreducción de oxígeno. Para asegurar su máxima utilización, se lo dispersa como nanopartículas sobre soportes conductores de carbón/teflón de alta área superficial. En este trabajo se presenta el desarrollo de nanopatículas de Pt facetadas para la reacción de electrorreducción de oxígeno y la normalización de métodos de elaboración de electrodos porosos para celdas de combustible con tecnología de membrana de intercambio de protones (PEM). El trabajo experimental se centra en la preparación y caracterización de nanopartículas de Pt facetadas de alta área superficial electrodepositadas sobre sustratos carbonosos. Se emplea la técnica de ondas cuadradas de potencial a frecuencia constante en ácido cloroplatínico a 25ºC, aplicando una onda simétrica a 1 kHz manteniendo el potencial superior en un valor de 1,2 V y a diferentes potenciales inferiores: -0,2 V; -0,24 V; -0,26 V y -0,28 V. Se evalúa el efecto de la variación del potencial inferior de la perturbación eléctrica aplicada sobre el tamaño, la cantidad de nanopartículas y su orientación cristalográfica. La carga neta para electrodepositar Pt se determina mediante un culombímetro electrónico y la cantidad de Pt depositada se mide por un método espectrofotométrico a la longitud de onda de máxima absorción de 402 nm. Los estudios de caracterización de los electrodepósitos revelan la presencia de nanocristalitas de Pt altamente facetadas con orientación cristalográfica preferencial (111). El desarrollo del proceso de facetado de las nanopartículas se sigue a través de los cambios en la altura relativa de los picos de corriente voltamperométricos para los adátomos de H fuerte y débilmente adsorbidos en H2SO4 0,5 M a 25 °C. La cantidad neta de Pt electrodepositado a carga constante disminuye con el desplazamiento del límite catódico de la onda cuadrada hacia potenciales más negativos, debido a la contribución creciente de la reacción de desprendimiento de hidrógeno en el proceso global. Se observa una distribución homogénea de las nanopartículas de Pt electrodepositadas y una variación de su tamaño con el potencial inferior aplicado. Este hecho resulta interesante como método de desarrollo de nuevos electrocatalizadores de tamaño nanométrico que ofrecen mayor área superficial disponible para las reacciones electródicas. Se realizó también el diseño y construcción de electrodos porosos de difusión de gas con catalizadores de Pt 20%. Se construyeron ensambles electrodo-membrana PEM-electrodo que se utilizaron en prototipos de celdas de combustible unitarias y stacks desarrollados en el laboratorio. Se evaluó la performance de los ensambles y el comportamiento de los prototipos en operación y su estabilidad a tiempos largos.