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Estudio electrocinético de electrodos de oxígeno bifuncionales para su
empleo en celdas de combustible regenerativas unificadas (URFCs).
Escalante-García I.L.1, Durón-Torres S.M.1, Cruz J. C.2 y Arriaga-Hurtado L.G.2
Unidad Académica de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Zacatecas.
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Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica.
E-mail expositor: [email protected], E-mail responsable: [email protected],
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1. INTRODUCCIÓN
3. RESULTADOS
Actualmente, las celdas de combustible
regenerativas unificadas (URFC) proyectan una
opción viable para la obtención de hidrógeno y
generación de energía de una forma limpia y
sustentable. Sin embargo, la fusión de una celda de
combustible (PEMFC) y un electrolizador de agua
(PEMWE) no es una tarea fácil de culminar [1]. La
reacción de reducción de oxígeno (ORR) en la
PEMFC y la reacción de evolución de oxígeno
(OER) en el PEMWE determinan las etapas
limitantes de la URFC según el modo de operación.
En consecuencia, el electrodo de oxígeno esta
diseñado de manera diferente en cada uno de estos
dispositivos [2]. Las investigaciones están
enfocadas en encontrar materiales electrocatalíticos
eficientes y estables para la fabricación de
electrodos bifuncionales que operen como cátodos
(E ≈ 1.0 V vs. ENH), en modo PEMFC y ánodos,
(E > 1.6 V vs. ENH), en modo PEMWE [3]. En
este sentido, el presente trabajo muestra los
resultados preliminares del estudio electrocinético
de diferentes mezclas de Pt gcc, IrO2 y RuO2
soportadas en Ebonex®, para la catálisis de las
reacciones del electrodo de oxígeno. Asimismo, se
presentan los estudios correspondientes a la
evaluación de la estabilidad química y
electroquímica de dichos electrodos en condiciones
de operación semejantes a las de una URFC.
En principio, se observa que la incorporación
de Pt gcc a los materiales IrO2/Ebonex y
RuO2/Ebonex provoca un aumento en la densidad
de corriente para la OER de, aproximadamente, el
doble de su valor en comparación con la ausencia
de Pt. Las mezcla RuO2-Pt/Ebonex exhiben mejores
propiedades electrocatalíticas para la OER, ya que
se produce una disminución del sobrepotencial para
la OER de ≈ 150 mV con respecto al valor
registrado para los electrodos de IrO2/Ebonex y de
≈ 200 mV con respecto a otros valores encontrados
en la literatura [4,5]. Sin embargo, los electrodos
fabricados a partir de IrO2 muestran una mayor
estabilidad electroquímica en las condiciones
experimentales empleadas. Por otro lado, la
catálisis obtenida para la ORR es atribuida
principalmente al Pt, que cómo se sabe es el mejor
electrocatalizador para la ORR. Las pendientes de
Tafel corregidas por transferencia de masa para la
ORR oscilan en un valor cercano a -70 mV dec-1 y,
se asocian a una etapa de adsorción que limita la
transferencia del primer electrón [6].
2. METODOLOGÍA
Las técnicas de voltamperometría cíclica (CV)
y electrodo disco rotatorio (RDE) fueron empleadas
para el estudio cinético de la ORR y OER en
disoluciones acuosas 0.5 M H2SO4 en atmósfera
inerte de N2 y en una atmósfera saturada con O2,
respectivamente, sobre electrodos de Pt gcc, RuO2,
IrO2 y mezclas de ellas soportadas en Ebonex®. Por
otro lado, los estudios de polarización anódica (AP)
y espectroscopia de impedancia electroquímica
(EIS) fueron empleados para determinar la
estabilidad electroquímica y química de los
diferentes electrodos de trabajo en 0.5 M H2SO4 en
una atmósfera inerte.
4. CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos del estudio
electrocinético de los electrodos bifuncionales
presentados en este trabajo, indican que los
materiales investigados poseen propiedades
prometedoras para su posterior aplicación en una
URFC.
5. REFERENCIAS
[1] Zhang Y., Wang Ch., Wan N., Mao Z., Int. J.
Hydrogen Energy, 32, 400, (2007).
[2] Ioroi T. et. al. J. Electrochem. Soc., 147, 2018,
(2000).
[3] Ma L., Sui S., Zhai Y., J. Power Sources, 177,
470, (2008).
[4] Song S., Zhang H., Ma X., Shao Z., Int. J.
Hydrogen Energy, 33, 4955, (2008).
[5] Cruz J. C., et. al., J. Electrochem. Soc. (2008).
(Submitted)
[6] Gojković S. L., Zečević S. K., Savinell,R. F., J.
Electrochem. Soc., 145, 3713, (1998).