fisicoquimica

CELDAS DE COMBUSTIBLE
Las celdas de combustible, y especialmente las que operan a temperaturas más bajas como las de membrana polimérica, son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química almacenada en enlace representan un nicho de aplicación creciente de los materiales de base de carbono. Las celdas de combustible más desarrolladas son las de membrana polimérica (PEMFC) y lasalimentadas con metanol (DMFC). Entre las celdas de combustible, las de membrana polimérica son las más prometedoras, y en particular para aplicaciones móviles.
El núcleo de una celda PEM es el conjunto de la membrana y electrodos (membrane-electrode assembly, MEA). La membrana, que funciona como un electrolito trasportador de protones, está constituida por un polímero de ácidoperfluorosulfónico hidratado tal como Nafion que se coloca entre dos electrodos porosos a los que se incorporan el electro-catalizador.
Estos dispositivos, así como los demás tipos de celdas de combustible, convierten
directamente la energía química almacenada en un combustible en electricidad de forma eficiente sin ningún tipo de contaminación ambiental. Aún considerando las mejoras que se han producido en losdistintos componentes (electro-catalizadores, membrana polimérica, placas bipolares) de las celdas de combustible, se requieren avances e innovaciones con nuevos materiales y conceptos de fabricación. Una buena parte de las soluciones está llegando, y se espera que se expanda, de la preparación de materiales de base de carbono con propiedades de superficie, tipo y grado de funcionalizaciónadecuados.
Los electro-catalizador para las celdas de combustible de tipo PEM deben cumplir una serie de requerimientos. En primer lugar, deben poseer una elevada actividad específica necesaria tanto para la oxidación electroquímica del hidrógeno en el ánodo. como para la reducción del oxígeno en el cátodo. La elevada actividad del material catódico debe favorecer y mejorar la cinética de reducción deloxígeno rebajando la barrera de sobrepotencial del paso lento de cuatro electrones:

O2 2 H2 4H+ + 4e [1a]
+ 4e 2 O2-
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2H2 + O2 2 H2O + electricidad


2. Nuevos sustratos de carbono para electrodos

En particular, los avances recientes en nanotecnología han permitido sintetizar varios tipos de materiales nano-estructurados de carbonopara utilizarlos como soportes de 3 fases activas de electrocatalizadores debido a que presentan buena conductividad eléctrica y propiedades mecánicas mejoradas [2,3]. Estos sistemas incluyen los nanotubos de carbono (CNTs), nanofibras de carbono (CNFs) y carbones mesoporosos ordenados (OMCs).
Los sistemas OMCs, que están construidos por organizaciones regulares de mesoporos, un aspecto intrigantedesde la óptica de la textura de estos materiales. La estructura mesoporosa ordenada de los sistemas OMCs resulta atractiva por la utilización de las partículas metálicas soportadas así como por la difusión eficiente y el transporte de los reactantes y subproductos en la aplicación de las celdas de combustible. En particular, los carbones mesoporosos ordenados presentan una reactividad especialdebido al tamaño de poro homogéneo y valores elevados de superficie específica y volumen de poro. Sin embargo, tales materiales presentan una pequeña cantidad de grupos superficiales con oxígeno, lo que resulta una desventaja importante para la aplicación en celdas de combustible. Si bien la influencia de la funcionalización de los soportes de carbono sobre la dispersión y anclaje de las partículasde electro-catalizador (Pt) se puede realizar por oxidación de la superficie con distintos agentes oxidantes (O3, H2O2, HNO3), la estructura del sistema OMC no es lo suficientemente estable como para evitar su deterioro durante los tratamientos de funcionalización. Los sistemas Pt/OMC
Presentan buen comportamiento en la reacción de electro-oxidación de metanol, incluso superan el del sistema...