Catalisis en Celdas de combustible

de baja temperatura

RESUMEN

Se detallan los Nuevos materiales y diseños para el cátodo (reducción de oxigeno).

Heber Andrada

Dispositivo que realiza una conversión directa de energía química en eléctrica

a través de una reacción electroquímica.

¿Qué es una celda de combustible?

combustible oxidante

PEM

Componentes de una celda de combustible PEM

Están compuestas por 5 partes:

Placas bipolares (flow plate)

A través de los cuales entran los gases en la pila.

Capa difusora de gas

Asegura que todo el combustible sea llevado al catalizador a la velocidad adecuada y sin

impedimentos.

Electrocatalizador

Facilita las reacciones de oxidación de hidrogeno y reducción de oxigeno a agua.

Membrana de intercambio protonico PEM ( proton exchange membrane)

Permite el paso de Protones e impide el de los electrones, separa los gases presentes en ambos

electrodos.

Placas terminales

Se sitúan en los extremos de las pilas con la función de terminales eléctricos, contribuyen a un

empaquetado mas compacto.

MEA (membrane electrode assembly) o ensamble electrodo-membrana.

Es el conjunto prensado de todos los elementos que forman una mono celda.

soporte de carbon (material poroso delgado) + capa difusora + catalizador = electrodo.

La membrana queda rodeada entre los 2 electrodos ( cátodo y ánodo).

Distintas perdidas de eficiencia eléctrica

El catalizador mas utilizado para ambos electrodos es el Pt, ya sea puro o en forma

de aleaciones.

La aleación de Pt-Ru es actualmente la mejor solución para superar los problemas

de envenenamiento por CO en el ánodo.

¿Como funciona un electrocatalizador?

Potencial de celda vs actividad especifica

de las distintas aleaciones

Potencial de celda vs densidad de corriente

Helox (21% oxigeno en helio)

Aleaciones de Pt con Fe, Mn, Ni, Cr, Zr y Ti

Se observa un aumento de 25mV con respecto

a Pt puro.

Potencial de celda vs tiempo de vida

El sistema mas estable de comercialización en PAFC (phosporic acid fuel cell) es la

aleación Pt-Cr soportada sobre carbono negro grafitado.

Cuando se usa oxigeno puro se observan ganancias de hasta 25mA con la aleación

Pt-Cr, pero cuando se utiliza aire no se observan casi cambios comparado con Pt puro.

Densidad de corriente (CINETICA) vs EPSA (electrode Pt surface area)

Conclusiones

El aumentar la temperatura mejoraría

Tolerancia a CO.

Mejor manejo del calor y de agua.

Aumento de la cinética de reacción.

En el campo de los electrocatalizadores existen 2 problemas claves

Envenenamiento por CO.

Alto costo del Pt.

Posibles soluciones

Substituir el platino por otro tipo de materiales o buscar aleaciones

que mejoren su rendimiento.

Diseñar membranas que puedan retener mejor el agua para la

conductividad protónica.