Nuevos electrocatalizadores para las reacciones ORR y HOR de pilas PEM y DMPEM

NORES PONDAL, FEDERICO J.; GUILLET, NICOLAS; FRANCO, ALEJANDRO A.

Salta

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

Universidad de Salta y Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

Nuevos electrocatalizadores para ORR y HOR de celdas PEM y DMPEM F. J. Nores-Pondala*; N. Guilletb; A.A. Francob a Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Centro Atómico Constituyentes (CAC), Av. Gral. Paz 1499, CP 1650, San Martín, Provincia de Buenos Aires (Argentina) b Commissariat à l’Energie Atomique (CEA)/DRT/LITEN/Département des Technologies Hydrogène (DTH)/Laboratoire de composants PEM. 17, Rue des Martyrs - 38000 Grenoble (France) * nores@cnea.gov.ar; federico_76@hotmail.com La respuesta a una demanda creciente de energía junto con la necesidad de reducir la emisión de gases de efecto invernadero, se transformó en un gran desafío internacional. Las celdas de combustible de electrolito polimérico (PEMFC), incluyendo las alimentadas con hidrógeno y metanol directo (DMPEMFC), son de un interés incuestionable como fuentes de energía para un gran número de aplicaciones. Una de las limitaciones en la performance más importante está relacionada con la cinética lenta de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) [1]. En particular, en las celdas DMPEMFC, hay una pérdida adicional de performance debido al “crossover” de metanol a través de la membrana. Esto crea la necesidad de buscar catalizadores más activos y selectivos, y a la vez menos costosos que el platino. Los esfuerzos actuales apuntan a testear la actividad para la ORR en presencia de metanol de aleaciones de platino con metales de transición, las cuales presentan una actividad más alta que el platino puro en celdas de combustible de baja temperatura operadas con hidrógeno [2]. Este trabajo presenta el desarrollo de nuevos catalizadores para las reacciones de oxidación de hidrógeno (HOR) y la ORR, para ambas celdas PEM (hidrógeno y metanol directo). Se sintetizaron catalizadores de Pt (HOR) y Pt:Co (75:25 at.%) (ORR) soportados sobre negro de carbono (Vulcan XC-72R) por métodos químicos de reducción en fase líquida a baja temperatura. Para el catalizador de Pt se utilizó ácido fórmico como agente reductor [3] y para PtCo borohidruro de sodio. Se realizaron caracterizaciones estructurales sobre las nanoparticulas elaboradas: microscopía electrónica de transmisión (TEM), difracción de rayos X (XRD), espectroscopía dispersiva en energía (EDX) y de fotoelectrones de rayos X (XPS); y electroquímicas, evaluando su performance en una media pila y una monopila de combustible, utilizando un conjunto electrodo membrana (MEA) formado enteramente por los catalizadores sintetizados. Los resultados que se obtuvieron son prometedores, con rendimientos comparables a los catalizadores y MEAs comerciales, con una carga de Pt equivalente de 1,2 gPt/kW contra una carga estándar de aproximadamente 1 gPt/kW de los comerciales (objetivo US DOE: 0,3 gPt/kW). Referencias: [1] Gottesfeld, S., & Zawodzinski, T. (1997). Polymer electrolyte fuel cells. (R. C. Alkire, H. Gerischer, D. Kolb, & C. Tobias, Eds.) Advances in Electrochemical Science and Engineering , vol. 5, p. 195. [2] Min, M., Cho, J., Cho, K., & Kim, H. ( 2000). Electrochim. Acta , vol. 45, p. 4211. [3] González, E. R., Ticianelli, E. A., Pinheiro, A. L., & Pérez, J. (1997). Patent No. INPI-SP No 00321. Brazil.