Desempeño electroquímico de partículas Ru-Ir-Co-O soportadas en SnO2-Sb para la reacción de evolución de oxígeno en un electrolizador tipo PEM

Abstract

RESUMEN:En este trabajo se aborda el estudio del desempeño electroquímico de partículas Ru-Ir-Co-O soportadas en Sb-SnO2 (ATO) utilizadas como electrocatalizador. Se muestra la secuencia experimental y los resultados de la síntesis y caracterización de los electrocatalizadores denominados; Óxidos / Wuhan y Óxidos / NanoArc y soportes denominados; ESIQIE sintetizado por la ruta sol-gel, Wuhan sintetizado previamente por el grupo de investigación y NanoArc material comercial. La incorporación de nanopartículas de Ru-Ir-Co-O como fase activa se realizó por el método de descomposición térmica en fase vapor a los soportes Wuhan y NanoArc. Se caracterizaron estructural y morfológicamente mediante las técnicas de Microscopia Electrónica de Transmisión (MET), Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), Difracción de Rayos X (DRX) y Espectroscopia Raman. La actividad electrocatalítica de estos materiales fue evaluada mediante pruebas electroquímicas en media celda empleando electrolito soporte H2SO4 0.5 M, mediante las técnicas de Voltametría Cíclica (VC) con la cual fue posible observar la forma típica de los voltamperogramas cíclicos de los electrocatalizadores y la capacitancia de la doble capa para los materiales soporte y Voltametría Lineal (VL) con la cual fue posible obtener los valores de pendiente de Tafel y la corriente de intercambio además un indicio del posible mecanismo mediante el cual se lleva a cabo la reacción de evolución de oxígeno (REO). Con el motivo de evaluar el desempeño de los óxidos de Ru-Ir-Co soportados en Sb-SnO2, como ánodo en un electrolizador de agua tipo PEM se realizó una estancia en el Centro Nacional de Hidrógeno y se evaluó este material y un material comercial de RuO2 –IrO2 (O. Comerciales) en un Banco de Ensayos tipo PEM, para lo cual se fabricó el Ensamble Membrana Electrodos (MEA) con estos materiales y los resultados fueron comparados con los obtenidos en un prototipo de celda de electrólisis tipo PEM en el Laboratorio de Electroquímica y Corrosión-ESIQIE. De acuerdo a los resultados obtenidos el material O.Comerciales muestra el mejor desempeño en la celda de electrolisis que el Óxidos / NanoArc y Óxidos / Wuhan. El método de incorporación de la fase activa fue efectivo para lograr que los óxidos estén distribuidos en el soporte y la metodología de preparación de los MEAs es óptimo. Los resultados abren la posibilidad de fabricar un nuevo diseño de celda de electrolisis de prueba. ABSTRACT:In this work the study of the electrochemical performance of Ru-Ir-Co-O supported particles in SbSnO2 (ATO) used as electrocatalyst is approached. The experimental sequence and the results of the synthesis and characterization of the “so-called” electrocatalysts; Oxides / Wuhan and Oxides / NanoArc and supports; ESIQIE synthesized by the sol-gel route, Wuhan previously synthesized by the research group and NanoArc a commercial material are shown. The incorporation of Ru-Ir-Co-O nanoparticles as an active phase was carried out by the vapor phase thermal decomposition method to the Wuhan and NanoArc supports. They were structurally and morphologically characterized by Transmission Electron Microscopy (MET), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD) and Raman Spectroscopy. The electrocatalytic activity of these materials was evaluated by means of electrochemical tests in a half cell using 0.5 M H2SO4 support electrolyte, using the techniques of Cyclic Voltammetry (VC) with which, it was possible to observe the typical form of the cyclic voltammograms of the electrocatalysts and the capacitance of the double layer for support materials and Linear Voltammetry (VL) with which it was possible to obtain the Tafel slope values and the exchange current, plus an indication of the possible mechanism by which the oxygen evolution reaction is carried out (OER). With the purpose of evaluating the performance of the RuIr-Co oxides supported in Sb-SnO2, as an anode in a PEM water electrolyser, a research stay was carried out in the National Hydrogen Center and this material and a commercial material of RuO2 - IrO2 (O. Commercial) were evaluated in a PEM Test Bench, for which the Electrodes Membrane Assembly (MEA) was made with these materials and the results were compared with those obtained in a prototype PEM electrolysis cell in the Electrochemical and Corrosion Laboratory-ESIQIE. According to the results obtained, the O.Comerciales material shows the best performance in the electrolysis cell than the Oxides / NanoArc and Oxides / Wuhan. The method of incorporation of the active phase was effective to achieve that the oxides are distributed in the support and the methodology of preparation of the MEAs is optimum. The results open the possibility of manufacturing a new electrolysis cell design.