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

JUSTIFICACIÓN.

MARCO TEÓRICO.

DESARROLLO EXPERIMENTAL.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CONLCUSIONES.

2

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

6

7

8

25.0 °C

Ar O2

Horno de tres zonas

Tubo de cuarzo

Bomba de vacío

Gases

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

12

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

Catalizador de Pt

Agua destilada

Nafion

10 mg 1.25 mL 0.25 mL

16

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 1.2

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

E(V) vs ENH

10%

5%

3%

Pt/NTC

I(m

A)

18

-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

27

28

29

30

31

32

33

34

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