Celdas de Combustibles PEM
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Catalisis en Celdas de combustible
de baja temperatura
RESUMEN
Se detallan los Nuevos materiales y diseños para el cátodo (reducción de oxigeno).
Heber Andrada
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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
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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.
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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
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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.
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¿Como funciona un electrocatalizador?
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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.
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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.
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Densidad de corriente (CINETICA) vs EPSA (electrode Pt surface area)
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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.