Síntesis de electrodos de celdas de combustible para ... 4CNICC2014/eder... · Universidad...
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Universidad Politécnica de Altamira Nuevo Libramiento Altamira - Puerto Industrial Km. 1.5, acceso por el Km. 30 de la Carretera Tampico Mante, Altamira, Tamaulipas. Tel. (833) 304 04 74
Síntesis de electrodos de celdas de
combustible para producción de
energía como alternativa al uso de
combustibles fósiles.
Presenta:
Eder Uzziel Pulido Barragán.
Autores:
MTA. EDER UZZIEL PULIDO BARRAGÁN, DR. FABIOLA ERIKA LUGO
DEL ANGEL, M. I. RODOLFO BARRAGÁN RAMIREZ, L.C.A. JESSICA
DENISSE LUEVANO VARGAS
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE
ALTAMIRA
En la actualidad los combustibles fósiles son la mayor
fuente de energía mundial, pero también es un recurso
cada vez más escaso y costoso, aunado a que es de los
principales contaminantes que aceleran el
calentamiento global y el cambio climático.
Energías alternativas:
Energía solar
Energía eólica
Energía hidroeléctrica
Biocombustibles
Hidrógeno
3
El Hidrógeno es fácil de obtener, su reacción
produce calor, electricidad y agua, pero no
contamina
Mediante la electrólisis
del agua se puede
obtener H2 de alta
pureza, pero aún es un
proceso ineficiente.
4
Son dispositivos electroquímicos
capaces de convertir la energía química
de una reacción directamente en
energía eléctrica.
La reacción principal es la
combinación de hidrógeno y oxígeno
para formar agua y energía eléctrica.
Sin embargo, la eficiencia de la
producción, almacenamiento y
transporte no es fácil de lograr.
5
Acetilacetonato de Platino
Precursor metalorgánico Soportes:
Nanotubos de Carbono NTC
Carbón vulcan C
Nitruro de Boro BN
9
Temperatura de depósito 400 °C
Temperatura de precursor 180 °C
Presión total 6.4 – 8.0 torr
Flujo de Gas de arrastre 180cm2 * min-1
Existen algunas variables que se deben controlar durante la síntesis en un reactor CVD, las principales son temperatura, presión y el flujo de gases, a continuación se presenta las condiciones bajo las cuales se realizaron los experimentos
10
Catalizador % Pt % Soporte Peso Pt Peso soporte
Pt/BN 3 % 97 % 0.018 gr 0.281 gr
Pt/BN 5 % 95 % 0.030 gr 0.269 gr
Pt/BN 10 % 90 % 0.060 gr 0.239 gr
Pt/Cvulcan 3 % 97 % 0.018 gr 0.281 gr
Pt/Cvulcan 5 % 95 % 0.030 gr 0.269 gr
Pt/Cvulcan 10 % 90 % 0.060 gr 0.239 gr
Pt/NTC 3 % 97 % 0.018 gr 0.281 gr
Pt/NTC 5 % 95 % 0.030 gr 0.269 gr
Pt/NTC 10 % 90 % 0.060 gr 0.239 gr
11
30 40 50 60 70 80 90 100
(111)
Pt/NTC 10%
Pt/NTC 5%
Pt/NTC 3%
(111)
(111)
30 40 50 60 70 80 90 100
(111)
(111)
Pt/BN 3%
(200)
(111)
Pt/BN 5%
(220)(200)
Pt/BN 10%
2θ (Cu Kα, Grados)
Inte
nsid
ad
re
lativa (
U. A
.)
Pt/BN Pt/NTC
13
30 40 50 60 70 80 90 100
(111)
Pt/C 10%
(111)
Pt/C 5%
2θ (Cu Kα, Grados)
Inte
nsid
ad
re
lativa (
U. A
.)
Pt/Cvulcan
14
Catalizador % Pt Presión Tamaño de
Partícula
Pt/BN 3 % 8.0 Torr 8 nm
Pt/BN 5 % 8.9 Torr 9 nm
Pt/BN 10 % 7.1 Torr 7 nm
Pt/NTC 3 % 5.0 Torr 7 nm
Pt/NTC 5 % 4.7 Torr 7 nm
Pt/NTC 10 % 4.7 Torr 6 nm
Pt/Cvulcan 5 % 6.4 Torr 4 nm
Pt/Cvulcan 10 % 6.4 Torr 3 nm
15
Especificaciones
Solución H2SO4 0.5M
Contraelectrodo Grafito
Velocidad de barrido 50 mV * S-1
Burbujeo Argón
Número de ciclos 20
Potencial -0.24 hasta 1.0 V
17
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10 %
5 %
3 %
E(V) vs ENH
Pt/Cv
I(m
A)
19
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
2500
1600
900
400
E(ENH) / V
PtNTC 3%
-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
2500
1600
900
Pt/NTC 5%
400
E(ENH) / V
Pt/NTC 5%
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
2500
1600
900
400
400
E(ENH) / V
Pt/NTC 10%
j/m
A *
cm
2
j/m
A *
cm
2
j/m
A *
cm
2
20
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
2500
1600
900
400
Pt/C 3%
E(ENH) / V
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2500
1600
900
400
E(ENH) / V
Pt/C 5%
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2500
1600
900
400
E(ENH) / V
Pt/C
j/m
A *
cm
2
j/m
A *
cm
2
j/m
A *
cm
2
Pt/C 10%
21
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-0.00004
-0.00002
0.00000
0.00002
0.00004
0.00006
0.00008
0.00010
0.00012
0.00014
0.00016
0.00018
1M
0.1M
0.01M
0.001M
Co
rrie
nte
(A
)
Potencial (V)
OXIDACION METANOL Pt/C 3%
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-0.00002
0.00000
0.00002
0.00004
0.00006
0.00008
0.00010
0.00012
0.00014
0.00016
0.00018
1M
0.1M
0.01M
0.001M
Co
rrie
nte
(A
)
Potencial (V)
OXIDACION METANOL Pt/C 5%
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-0.0002
0.0000
0.0002
0.0004
0.0006
0.0008
0.0010
0.0012
0.0014
0.0016 OXIDACIزN METANOL Pt/C 10%
Co
rrie
nte
(A
)
Potencial (V)
1M
0.1M
0.01M
0.001M
22
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-0.000005
0.000000
0.000005
0.000010
0.000015
0.000020
0.000025
1M
0.1M
0.01M
0.001M
Co
rrie
nte
(A
)
Potencial (V)
Pt/NTC 5%
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.00000
0.00005
0.00010
0.00015
0.00020 1M
0.1M
0.01M
0.001M
Co
rrie
nte
(A
)
Potencial (V)
Pt/NTC 10%
23
Cataliza
dor % Pt Presión
Tamaño
Partícula DRX
Activació
n RRO ROM
Pt/BN 3 % 8.0 Torr 8 nm Detecta No No No
Pt/BN 5 % 8.9 Torr 8 nm Detecta No No No
Pt/BN 10 % 7.1 Torr 7 nm Detecta No No No
Pt/NTC 3 % 5.0 Torr 7 nm Detecta Sí Deficiente No
Pt/NTC 5 % 4.7 Torr 6 nm Detecta Sí Buena Mínima
Pt/NTC 10 % 4.7 Torr 6 nm Detecta Sí Óptima Óptima
Pt/CVULC 3% 6.6 Torr N. D. N. D Sí Buena Mínima
Pt/CVULC 5 % 6.4 Torr 4 nm Detecta Sí Óptima Mínima
Pt/CVULC 10 % 6.4 Torr 3 nm Detecta Sí Óptima Óptima
24
Se obtuvo un tamaño de partícula entre los 3 y 8 nm.
Bajo las condiciones de la evaluación electrocatalítica no
se pudo obtener actividad de las nanopartículas
depositadas sobre Nitruro de Boro.
A nivel que aumenta la cantidad de Pt depositada, mejora
el rendimiento en la RRO y ROM.
Los mejores electrocatalizadores fueron Pt/Cvulcan 3%,
Pt/Cvulcan 5%, Pt/Cvulcan 10%, Pt/NTC 5 % y Pt/NTC 10%.
25
PRESENTACIÓN DE TRABAJOS EN CONGRESOS:
•29t ANNUAL MEETING INTERNATIONAL CONFERENCE ON
SURFACES MATERIALS AND VACUUM.
•VII INTERNATIONAL TOPIC MEETING ON NANOESTRUCTURED
MATERIALS NANOTECHNOLOGY. V INTERNATIONAL SYMPOSIUM
ON ADVANCE MATERIALS AND NANOESTRUCTURES BRAZI-
CHILE-MEXICO-CANADA.
•X CONGRESO NACIONAL DE MICROSCOPÍA
•VII ENCUENTRO PARTICIPACIÓN DE LA MUJER EN LA CIENCIA
•XIV INTERNATIONAL MATERIALS RESEARCH CONGRESS 2010.
•VI CONGRESO INTERNACIONAL DE LA ACADEMIA MEXICANA
MULTIDISCIPLINARIA.
26
Difusión en la superficie
Precursor
Reacción con el gas
Transporte a la superficie
Desorción
Desorción
Adsorción Nucleación y crecimiento
Flujo de gases (Ar y 02)
35