Doctor

DESARROLLO DE CATALIZADORES AVANZADOS Y SOPORTES CERÁMICOS PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE TIPO PEM

Dr. Fernando Godínez Salomón
Objetivos
Los objetivos de este proyecto son el desarrollo de un electrodo catódico (catalizador y soporte), durable, de bajo costo y alto rendimiento, para la integración de un ensamble membrana electrodo de intercambio protónico. Para tal efecto se plantea losiguiente:
* Sintetizar un catalizador nanoestructurado core-shell con muy bajo contenido en peso de Pt (10-20 %), utilizando metales no-nobles como núcleo (ej. Ni, Co).
* Sintetizar nanotubos cerámicos de TiO2 dopados con elementos no metálicos del grupo IV, V y VI (ej. C, N y S), los cuales serán utilizados como material soporte.
* Llevar a cabo la fabricación y evaluación de un ensamblemembrana electrodo con carga total de Pt ≤ 0.3 mg/cm2.
Barreras técnicas
En respuesta a la convocatoria del Instituto de energía Investigaciones en Materiales, sobre materiales electrocerámicos y su uso en fuentes de energía, el presente proyecto aborda las siguientes barreras técnicas de la sección de celdas de combustible:
* Rendimiento
* Durabilidad
* Costo
Objetivos técnicosEste proyecto estará enfocado en el desarrollo de ensambles membrana-electrodo de alto rendimiento y durabilidad.
La tabla 1 compara el estado actual de la propuesta de trabajo aquí presentada hasta el primer bimestre (2013) con la proyección de metas a alcanzar hasta el mismo periodo del siguiente año (2014).
A menos que se indique lo contrario, todos los datos electroquímicos se obtuvieron conel mejor catalizador obtenido hasta la fecha (Ni@Pt), el cual contiene una carga nominal de Pt en peso de 20 %.
Logros
Actividad catalítica (tarea 1)
* Incrementar la actividad másica en 0.85 V a 100 mA/mg y una actividad específica absoluta a 1.6 mA/cm2 utilizando una carga total de 0.2 mg/cm2.
* Desarrollar una metodología de deposición del catalizador sobre los nanotubos de óxido detitanio,
Características | |
| Unidades | Objetivo (Los valores electroquímicos se obtuvieron mediante el electrodo rotatorio)(2013/2014) | Estado actual |
Catalizador | - | Ni@Pt 20 wt %/Ni@Pt 10 wt % | Actualmente se están evaluando catalizadores con cargas más bajas de Pt, 5 y 10 %. |
Soporte | - | Carbón Vulcan / Nanotubos TiO2 | Las evaluaciones se han llevado a cabo con carbónvulcan como soporte. |
Actividad de masa | A/mg @ 0.85 V | 0.05/0.2 | Actualmente se está optimizando el uso de Pt, para tal efecto se ha modificado la carga de Pt sobre los núcleo de Ni. Los resultados preliminares han mostrado una mayor actividad electrocatalítica en catalizadores de 5 wt %. Sin embargo muestran mayor susceptibilidad a la corrosión, se plantea la inserción de pequeñas cargas deAu. |
Actividad específica | µA/cm2 Pt @ 0.85 V | 1200/1600 | Los resultados preliminares han mostrado una mayor actividad específica en catalizadores de 5 wt %. |
Soporte | - | Nanotubos de TiO2 dopados | Síntesis preliminares han permitido la obtención de nanotubos de TiO2 dopados con C y N. |
Ensamble membrana-electrodo | mg Pt / cm2 total | 0.3 | - |
Corr. acel.: 2000 ciclos 0.6-1.2 V,20 mV/s, 95/95/95 °C, 200kPa, H2/N2 | Actividad específica % de pérdida | ?? | ± 15 % de pérdida en mA/cm2Pt |
* que promueva una alta dispersión y utilización del catalizador.
Tabla 1. Progreso hacia el cumplimiento de los objetivos técnicos marcados para el desarrollo de ensambles membrana-electrodo de alta eficiencia

* Elevar las cualidades de conducción eléctrica de los materialescerámicos mediante un tratamiento térmico adecuado.
Catalizador y construcción del ensamble membrana-electrodo (tarea 2)
* Elaboración de un protocolo de producción de tinta catalítica y transferencia de la película hacia la membrana polimérica, que favorezca elevada utilización de Pt y características hidrofóbicas que prevengan la inundación del catalizador.
Catalizador y estabilidad del...