Propiedades de materiales para el conjunto membrana/electrodo de pilas de combustible PEM . - Nores Pondal, Federico José (2009)
Entre los componentes de la pila que presentan un desafío tecnológico y cuya optimización es deseable, se encuentran los catalizadores catódicos y la membrana de electrolito polimérico, objetos de este trabajo de tesis. Actualmente se desarrollan numerosos estudios de catalizadores tendientes a mejorar la cinética lenta de la reacción de reducción de oxígeno (RRO), basados por ejemplo en aleaciones bimetálicas de base Pt que han demostrado, por un lado, aumentar la eficiencia de la RRO, y por otro han permitido bajar los costos al disminuir la cantidad de metal precioso del catalizador. Los esfuerzos actuales se orientan también a encontrar una membrana que pueda reemplazar a la membrana Nafion®, utilizada en la gran mayoría de las pilas de combustibles a pesar de sus inconvenientes, como la imposibilidad de utilizarlas a temperaturas mayores de 100 oC o la alta permeabilidad al metanol en pilas PEM de metanol directo. El objetivo de esta tesis consistió por un lado en la caracterización térmica de membranas de ABPBI preparadas en nuestro grupo, como de membranas de polibenzoimidazol comercial (PBI) y Nafion®, equilibradas a diferentes actividades de agua y en mezclas de agua-metanol, por medio de la técnica calorimétrica diferencial de barrido (CDB). A bajas temperaturas, menores a -73 oC, se observaron transiciones débiles atribuibles a la transición vítrea del polímero en el caso del Nafion, y en el caso del ABPBI y PBI, a la transición vítrea del ácido fosfórico que dopa la membrana. En algunos casos se detectó la presencia de una cantidad considerable de agua que cristaliza dentro de las membranas, a unos pocos grados Celsius bajo cero, reduciendo su conductividad y dificultando el arranque de la pila, y que puede usarse como un criterio al momento de seleccionar la membrana para aplicaciones a baja temperatura.Un segundo objetivo fue la síntesis de catalizadores de Pt y de aleación PtCo, soportados sobre carbón Vulcan XC-72, utilizando cuatro métodos químicos de preparación diferentes. Los catalizadores fueron caracterizados estructuralmente:difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de transmisión (MET) acoplada con espectroscopia dispersiva en energía (EDX), espectroscopia de fotoelectrones (XPS); químicamente: quimisorción de hidrógeno y deshidrogenación de ciclohexano; y electroquímicamente: voltametría cíclica en electrodo de carbono vítreo, semi-pila y pila de combustible. Los métodos químicos utilizados para la síntesis, probaron producir catalizadores comerciales; y se presentan como métodos simples de baja temperatura, fácil implementación a gran escala y bajo costo.