Desarrollo de electrodos basados en estructuras jerauicas : aplicacion en dispositivos de produccion y almacenamiento de energia

Abstract

En las celdas de combustible convencionales se utilizan catalizadores nanopartículados soportados en carbón poroso. Este tipo de soporte presenta restricciones en la difusión de reactivos y productos, que impiden un uso adecuado del catalizador. Para estudiar como incide el soporte de carbón y, eventualmente, mejorar estas propiedades, se sintetizaron carbones porosos con estructura jerárquica y se utilizaron como soportes de electrocatalizadores para celdas de combustible. Los carbones con estructura de poros jerárquicos se fabricaron utilizando como molde rígido esferas de SiO2 de diferentes tamaños, obteniéndose un soporte con desarrollo de porosidad bimodal (Carbón poroso jerárquico HPC, combinación macro/mesoporos) El soporte fue caracterizado por voltamperometría cíclica, cronoamperometría, impedancia espectroscópica electroquímica, FIB-SEM y, TEM. De estos resultados se obtuvo una capacidad diferencial de 130 Fg-1 que indica un área electroactiva muy desarrollada. En la superficie se realizó el anclaje de nanopartículas metálicas de plata y platino, mediante ensamblados capa por capa con el polielectrolito PDADMAC. Las NP de Ag fueron utilizadas para hacer reemplazo galvánico por Pt. Los catalizadores obtenidos por esta síntesis alternativa mostraron ser electroquímicamente activos para la electro-oxidación de metano!, perfilándose como estrategia para reducir la cantidad de Pt y a su vez permitir ensamblar el catalizador en el sitio de interés con la carga deseada, gracias a que el PDADMAC se ensambla preferencialmente sobre superficies de carbón no activadas Adicionalmente los HPC fueron utilizados para soportar nanopartículas de PtRu y PtPd. Mediante la síntesis de los catalizadores de PtRu por el método del ácido fórmico, se obtuvo densidades de corriente aceptables pero actividades por unidad de masa muy bajas. Estos resultados condujeron, a la modificación del proceso de síntesis, denominado "método de impregnación inversa", donde se ha alterado el orden de agregado de reactivos. Los catalizadores sintetizados de esta manera (PtRu y PtPd) fueron ensayados para reacciones de interés en celdas de combustible, como oxidación de CO, metanol y ácido fórmico. Los resultados obtenidos muestran que estos catalizadores son más activos que los catalizadores comerciales aun cuando los catalizadores comerciales presentan áreas electroactivas mayores. Esto significa que un área de catalizador elevada no necesariamente se traduce en una actividad catalítica alta De los resultados mostrados en esta tesis se puede concluir que la presencia del soporte carbonoso con estructura jerárquica juega un papel fundamental en el buen desempeño del catalizador.