Pila de combustible de etanol directo con arquitectura de cátodo abierto [recurso electrónico] / Daniel Alejandro Moreno Jiménez

Tesis (Maestría en Ciencias en Energía Renovable) .-- Centro de Investigación Científica de Yucatán, 2014.

Se evaluó la influencia de la localización de la capa catalítica en el desempeño global del ensamble Electro-Membrana-Electrodo (EME) para una celda de combustible de etanol directo con arquitectura de cátodo abierto de 9 cm2 de área activa, esto mediante la investigación de tres diferentes métodos de manufactura del EME. En todos los casos, se utilizó una carga catalítica constante de 1 mgPtcm-2 tanto en ánodo como en cátodo. El EME-1 contiene una capa catalítica de PtRu/C comercial depositada directamente sobre la superficie de la membrana de Nafion® 117 tanto en ánodo como en cátodo. El EME-2 contiene la carga catalítica distribuida en dos capas, una interna depositada directamente sobre la superficie de la membrana y una externa depositada sobre los difusores de tela de carbón. El EME-3 se constituyó, de manera similar, por una capa interna, en este caso, de Pt-black (Pt no soportado) depositada sobre la superficie de la membrana y una capa externa anódica de PtRu/C o PtSn/C depositada sobre los difusores de tela de carbón. Adicionalmente, se reportan dos enfoques de operación del cátodo abierto: auto-respiración (AR) y flujo forzado de aire (FFA). Los resultados mostraron que la utilización de multicapas catalíticas ayuda a incrementar la densidad de potencia y corriente mediante una reducción en la resistencia óhmica a causa de un mejor contacto entre los difusores, la capa catalítica y la membrana. El EME-3 mostró que la capa interna de nanoparticulas de Pt no soportado promueve un mejor desempeño a través de un significativo incremento en el voltaje a circuito abierto y el aumento en la densidad de corriente de la celda, esto debido a la mitigación de la permeación de etanol y a la disminución del efecto de potenciales mixtos, ya que las nanoparticulas de Pt funcionan como una especie de filtro reactivo de etanol. Por otro lado, a partir del análisis de las impedancias galvanostáticas se observó que el uso de PtSn/C como capa catalítica externa anódica (EME-3b) presenta una más rápida cinética de reacción hacia la electro­oxidación de etanol que la capa externa anódica de PtRu/C (MEA-3a), esto aumenta el desempeño de la celda en términos de densidad de potencia y densidad de corriente. Adicionalmente, la utilización del flujo forzado de aire mejora la difusión de oxígeno y disminuye los problemas de transporte de masa en el cátodo. La metodología de preparación del ensamble EME-3b con ánodo de PtSn/C fue utilizada para desarrollar una pila de combustible de etanol directo con cátodo abierto utilizando 20 ensambles EME con área activa de 144.4 cm2. Los resultados de la evaluación electroquímica para la pila son comparados con los resultados obtenidos en mono-celda de combustible.