Efectos del contenido de nafion, nivel de hidratación y temperatura sobre el área electroquímicamente expuesta de catalizadores de Pt en la zona de tres fases

La Plata

Congreso; Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2021

Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica

En las últimas décadas las celdas de combustible con membranas poliméricas (PEMFC) se han estudiado ampliamente. Sin embargo, a pesar de un gran esfuerzo científico, todavía existen algunos aspectos de operación de las PEMFC que son difíciles de dilucidar desde un punto de vista experimental, como es el caso de la zona de tres fases, considerada de gran importancia debido a que el rendimiento que ofrecen estos sistemas de conversión de energía está asociado a esta región. En esta zona, la membrana (comúnmente Nafion) está interactuando con los nanocatalizadores de Pt soportados sobre C de los que depende la actividad catalítica del sistema. En este trabajo realizamos estudios de dinámica molecular y experimentos electroquímicos en un sistema de Nafion/Pt/C para evaluar cómo afectan los principales factores: contenido de Nafion, los niveles de hidratación, las temperaturas y los diferentes tamaños y estructuras de las NP metálicas que se pueden encontrar en las PEMFC con el objetivo de buscar las condiciones adecuadas para maximizar el área electroquímicamente activa (ECSA) de los catalizadores de Pt/C, optimizando su uso. Todos estos factores son fundamentales en la caracterización del área electroquímicamente expuesta de las NP metálicas. Los resultados obtenidos revelan que en altos contenidos de Nafion, el porcentaje de utilización del catalizador es afectado debido a la fuerte interacción entre los grupos sulfonados del Nafion y la superficie de las NPs de Pt. Por otro lado, al disminuir el nivel de hidratación del sistema los grupos sulfonados tienen una mayor ocupación en la superficie, cubriendo el área activa con cadenas hidrofóbicas de Nafion, aumentando así el área inactiva. Estos y otros efectos encontrados en este trabajo nos permiten conocer a un nivel atomístico cómo el contenido de Nafion y los niveles de hidratación afectan el porcentaje de utilización del catalizador, lo que constituye un paso importante para poder establecer la relación entre los parámetros que afectan la efectividad y durabilidad del sistema.