Desarrollo y evaluación de componentes de pilas poliméricas (PEM) con carga ultrabaja de platino

Resumen

La necesidad del platino cómo catalizador en las pilas de combustible poliméricas es una de las principales barreras que impiden el desarrollo masivo de esta tecnología. El coste, la escasez y la limitación de este metal precioso hacen que los estudios (tanto experimentales como teóricos) que tengan como objetivo la reducción de la cantidad de platino empleada, sin perjudicar sensiblemente el rendimiento de la pila, puedan considerarse clave para una futura implementación a gran escala de esta tecnología. La técnica de atomización electrohidrodinámica de tintas catalíticas, para la formación de materiales nanoestructurados a partir de la deposición controlada del residuo seco, permite preparar electrodos para pilas de combustible con un contenido de platino ultrabajo. Las capas catalíticas generadas con esta técnica poseen una alta porosidad y fractalidad, dando lugar a una alta exposición de los centros catalíticos a los gases reactantes. Esta técnica de atomización mediante electrospray ha sido empleada en la elaboración de todas las capas catalíticas desarrolladas durante este trabajo. En una primera fase se ha llevado a cabo un estudio de viabilidad del escalado de las capas, ya que hasta el momento sólo se había utilizado para preparar capas catalíticas de 5 cm2, escalando el proceso para conseguir capas catalíticas de 25 cm2 y 50 cm2 satisfactoriamente. Para la escalabilidad se generaron capas catalíticas con las mismas características que las de 5 cm2 con el fin de comprobar que los resultados eran reproducibles en las distintas escalas. El rendimiento de estas capas catalíticas fue evaluado en detalle variando las condiciones de operación para superficies catalíticas de 25 cm2. En una segunda fase se ha estudiado la dependencia del rendimiento del MEA con el contenido de platino por unidad de superficie de electrodo. Primero variando la cantidad de platino en la capa catalítica entre 0.0025 mgPt cm2 y 0.04 mgPt cm2 para superficies de 5 cm2 y haciendo uso del mismo compuesto catalítico empleado en la escalabilidad (10% Pt/C: nanopartículas de carbono con un 10% en peso de platino soportado en su superficie). Posteriormente, se han utilizado catalizadores Pt/C con otros porcentajes en peso de platino variando el contenido en platino del 0.01 mgPt cm2 al 0.6 mgPt cm2. Las mejores respuestas de potencia se obtuvieron para capas catalíticas elaboradas a partir de 20% Pt/C y con un contenido en platino entre 0.02 mgPt cm2 y 0.04 mgPt cm2; por este motivo se elaboraron electrodos de estas características a mayor escala (25 cm2) que han sido ensayados en mayor detalle para diferentes condiciones de operación.