Preparación y evaluación de electrocatalizadores de platino sobre diferentes soportes para celdas de combustible PEM

CONTRERAS ÁNGELA; RAMOS SILVINA GABRIELA; CALZADA RENÉ; LOMBARDI BÁRBARA; SCIAN ALBERTO; BARSELLINI DIEGO; TRIACA WALTER

San José

Congreso; XXII Congreso de la Sociedad Iberoamericana de Electroquímica; 2016

Sociedad Iberoamericana de Electroquímica

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en el estudio del desempeño de un material carbonoso mesoporoso de estructura subgrafítica no cristalina de desarrollo local, en adelante denominado SC, como soporte de catalizadores de Pt para celdas de combustible de tecnología PEM (PEMFC), la evaluación de su comportamiento en operación y estabilidad. El material SC es obtenido mediante un proceso sol-gel utilizando como precursores una resina fenólica comercial y TEOS. La síntesis de nanopartículas (NPs) de Pt se llevó a cabo mediante el método de polioles, utilizando etilenglicol como solvente y agente reductor. Se utilizaron dos materiales como soporte para las NPs: SC y Vulcan XC72, este último para comparación. Las cantidades de precursor de Pt y carbono fueron establecidas para obtener una carga final de 20% de Pt. El soporte SC y los catalizadores sintetizados fueron caracterizados por DRX, BET y métodos voltamperométricos. Para el estudio del desempeño del catalizador en condiciones de operación de una PEMFC se fabricaron ensambles electrodo-membrana-electrodo con una carga de 0,1 mgPt/cm2 y 9 cm2 de área geométrica. La estabilidad del soporte fue evaluada mediante un experimento potenciostático, en el cual, se aplicó al cátodo un potencial constante de 1.2 V con respecto al ánodo durante 320 h, mientras se suministra N2 al compartimiento catódico y H2 al compartimiento anódico. La curva de polarización obtenida correspondiente al catalizador soportado sobre SC mostró un mejor desempeño que la correspondiente a Vulcan XC72, registrando una potencia máxima de 0,18 W/cm2. En las pruebas de estabilidad, luego de 320 h, la celda unitaria sufrió una pérdida de potencial de 0,381 V y registra una caída de la potencia máxima de 83%. Las voltamperometrías cíclicas in situ, antes y después de la prueba de estabilidad, dan cuenta de una disminución del área superficial electroquímicamente activa de 63 %, lo que sugiere corrosión del soporte. El material SC exhibió características que lo hacen una muy buena alternativa para sustituir al soporte Vulcan XC72 en la síntesis de electrocatalizadores de Pt. El estudio de estabilidad en las condiciones de operación de una celda de combustible PEM mostró que el electrocatalizador soportado sobre SC tiene una velocidad de degradación mayor al soportado sobre Vulcan XC72, por lo que se ha planteado, como próximo paso, la modificación superficial del material mediante tratamiento químico, a fin de lograr la incorporación de grupos funcionales que permitan aumentar la estabilidad del material en las condiciones de operación de una celda de combustible PEM.