Caracterización de materiales para celdas de combustible de membrana de intercambio de protones

NORES PONDAL, FEDERICO J.; ABUIN, GRACIELA C.; VILELLA, IRENE M. J.; DE MIGUEL, SERGIO R.; SCELZA, OSVALDO A.; CORTI, HORACIO R.

San Carlos de Bariloche, Argentina

Congreso; I Congreso Nacional de Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía, HYFUSEN 2005; 2005

Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable (IEDS) - Comisión Nacional de Anergía Atómica

CARACTERIZACION DE MATERIALES PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE DE MEMBRANA DE INTERCAMBIO DE PROTONES. Nores Pondal, F. J. (1); Julieta Vilella(2), Graciela Abuin(3), Sergio de Miguel(2), Osvaldo Scelza(2)  y Corti, H. R. (1) 1) Unidad de Actividad Química,  Centro Atómico Constituyentes, CNEA, Av. General Paz 1499, CP 1650, San Martín, Argentina, e-mail: nores@cnea.gov.ar, hrcorti@cnea.gov.ar 2) Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica (INCAPE-CONICET).  3) Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) Las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) generan energía eléctrica a partir de una reacción electroquímica donde se reduce oxígeno del aire en el cátodo y se oxida  hidrógeno o alguna sustancia rica en hidrógeno (p. e. metanol) en el ánodo. Entre los principales problemas a resolver para la optimización de estas celdas se destaca el aumento de la eficiencia de las reacciones anódicas y catódicas que permitan obtener una buena densidad de energía aún en condiciones de temperatura ambiente, es decir en celdas diseñadas para usos portátiles. En este trabajo se han desarrollado catalizadores de Pt en forma de nanopartículas utilizando dos técnicas de reducción que incluyen la reducción de los precursores con ácido fórmico a 60-80 oC  [1] y con hidrógeno en fase gaseosa a 100 oC [2]. La reducción de las nanopartículas de Pt se realizó sobre dos soportes de carbono diferentes: micropartículas (Vulcan XC-72) y fibras. Actualmente se esta probando un nuevo método de reducción asistido por microondas y también nanotubos de carbono adquiridos recientemente como alternativa de soporte [3]. Los catalizadores anódico y catódico tienen igual composición en una celda PEM y se encuentran en íntimo contacto con la membrana polielectrolítica, formando lo que se conoce como conjunto electrodo-membrana (CEM). En una celda PEM alimentada con H2 la membrana a través de la cuál se produce la conducción de los protones generados en el ánodo al oxidarse el H2 es Nafión, una resina fluorada con grupos sulfónicos y muy baja resistencia eléctrica (menor de 0,1 ohm/cm2). En la celdas PEM alimentadas con metanol en forma directa (DM PEM) el Nafión presenta una gran permeabilidad al metanol, lo que lleva a una disminución de la eficiencia de la celda. Una alternativa al Nafión muy utilizada en estas celdas son las membranas de polibenzoimidizol (PBI) ya que poseen una menor permeabilidad, manteniendo una conductividad razonablemente alta. Por esta razón en las celdas DM PEM es fundamental la elección de una membrana con baja permeabilidad o “crossover” de metanol. Parte del presente trabajo consistió en la realización de medidas de permeabilidad de metanol en membranas de Nafion y PBI en un rango de temperaturas que va desde temperatura ambiente hasta 90oC. El objetivo de este trabajo es comenzar una caracterización sistemática, morfológica y electroquímica,  de catalizadores de Pt preparados por distintos métodos y depositados sobre distintos soportes, y también evaluar diversas membranas en relación al “crossover” de metanol para su uso en celdas DM PEM.  Referencias   [1] E. R. González, E. A. Ticianelli, A. L. N. Pinheiro, J. Pérez, Patente Brasileña, INPI-SP No 00321 (1997). [2] J.Vilella,  S. de Miguel, C.Salinas-Martínez de Lecea , A. Linares –Solano and O.Scelza, Applied Catalysis A:General, 232, 237 (2002). [3] Z. Liu, L. M. Gan, L. Hong, W. Chen, J. Y. Lee; J. Power Sources 139 (2005) 73-78. Agradecimientos: FNP agradece a CNEA y CONICET por la beca doctoral. HRC agradece a la ANPCyT (PICT 06-13917) por el financiamiento de este proyecto.