Caracterización morfológica y electroquímica de electrocatalizadores para celdas de combustible de membrana de intercambio de protones

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

Termas de Río Hondo, Santiago de Estero

Congreso; XIV Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2005

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

XIV CONGRESO ARGENTINO DE FISICOQUIMICA y QUÍMICA INORGÁNICA        .    TITULO: Caracterización morfológica y electroquímica de electrocatalizadores para celdas de combustible de membrana de intercambio de protones AUTORES: Federico Nores Pondal1, Irene Vilella2, Graciela Abuin3, Sergio de Miguel2, Osvaldo Scelza2 y Horacio Corti1. INSTITUCION: 1) Unidad de Actividad QuImica,  Centro Atómico Constituyentes - CNEA.   2) Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica (INCAPE) 3) Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) RESUMEN: Las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones tanto las alimentadas con hidrógeno como con metanol son las únicas celdas que pueden trabajar a temperaturas cercanas a la ambiente. Las celdas con hidrógeno tienen aplicación en uso vehicular en potencias medias, mientras que las alimentadas con metanol se perfilan como reemplazos de las baterías recargables en aplicaciones portátiles. 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 trabajar con buena performance aún en condiciones de temperatura ambiente. En este trabajo se han desarrollado catalizadores de Pt en forma de partículas de tamaño nanométrico sobre distintos soportes carbonosos que incluyen Vulcan y fibras de carbón activado utilizando distintas 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 caracterización del tamaño y distribución de partícula se realizó mediante TEM y DRX, lo que permitió diferenciar cristalitas y agregados de éstas. En todos los casos se obtuvieron partículas de tamaños inferiores a los 10 nm con un límite inferior de 2 nm. Se determinó el área específica de los soportes carbonosos y la quimisorción de hidrógeno a 25 oC. La caracterización de las propiedades catalíticas de estos sistemas se realizó con reacciones sondas: i) deshidrogenación de ciclohexano entre 300 y 350 oC, ii) hidrogenólisis de ciclopentano a 300 oC;  iii) hidrogenación de nitrobenceno a 25 oC. Las propiedades electrocatalíticas de los sistemas se realizó utilizando una celda electroquímica que reproduce las condiciones de una hemicelda de combustible, con el hidrógeno permeando a través de una lamina de carbón (Toray) y el catalizador soportado sobre una membrana de Nafión que está en contacto con la solución conteniendo ácido y que es circulada a velocidades controlables. El conjunto membrana-electrodo (MEA) se construyó mediante un sistema de prensado en caliente que permite obtener MEA´s de hasta 50 cm2 de superficie activa. Finalmente se determino la eficiencia electrocatalítica en miniceldas de combustible de alrededor de 1cm2 de área, alimentadas con aire en el cátodo y hidrógeno en el ánodo. Los resultados obtenidos se comparan con los obtenidos con catalizadores comerciales (E-Tek, De Nora) y se discuten el papel del soporte y del tamaño de partícula sobre las propiedades electrocatalíticas en ambos tipos de catalizadores. 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, 237-246 (2002). NOTAS: