Óxido de tungsteno en electrodo de electrolito de polímero Celda de combustible

El desarrollo de nuevos materiales de electrodos alternativos es esencial para que la celda de combustible de electrolito polímero (PEFC) pueda alcanzar un amplio mercado. Hoy en día, se requieren altas cargas de platino, especialmente en el cátodo, para obtener suficiente actividad para la reducción de oxígeno. Además, la degradación del electrodo provoca la pérdida de área de superficie del catalizador y requiere altas cargas iniciales para mantener el rendimiento de la celda a lo largo del tiempo. Hay problemas relacionados con la Pt también en el lado del ánodo donde el envenenamiento del catalizador, por ej. CO, reduce la actividad.

Los enfoques para mejorar los electrodos y reducir sus costos se evalúan continuamente e incluyen catalizadores o soportes alternativos, así como nuevas estructuras y morfologías de la capa de catalizador. Los catalizadores alternativos, basados ​​en metales no preciosos, aleaciones / mezclas de Pt y / o nuevos soportes deberían reducir preferiblemente la cantidad total de Pt, aumentar la actividad y ser estables en el entorno de la celda de combustible. El material de soporte puede influir en la actividad por efectos de desbordamiento, así como cambiar la estructura electrónica del catalizador. Los nuevos materiales de soporte pueden mejorar la actividad, la utilización y la estabilidad del catalizador o del propio soporte.

El óxido de tungsteno es un material que ha sido ampliamente investigado para una amplia gama de aplicaciones, principalmente debido a sus propiedades electrocromáticas únicas, pero también por sus actividades electrocatalíticas. El electrocromismo permite que el óxido de tungsteno se intercale / desintercule los iones (por ejemplo, H, Li, Na, K, Pb, Cd) en su estructura en la formación de bronces de tungsteno. La forma más ampliamente estudiada es el bronce de tungsteno de hidrógeno donde se insertan protones en la estructura del óxido como HxWO3 y 0 < x < 1. El mecanismo de formación de bronce ha sido objeto de numerosos estudios y se sugiere que los átomos de hidrógeno formen enlaces hidroxilo en El óxido de tungsteno.

La formación de bronce se ve muy afectada por el contenido de agua, la porosidad y también la cristalinidad, que a su vez afectan las propiedades catalíticas del óxido de tungsteno. Al mismo tiempo que los protones pueden incorporarse en la estructura de WOx, también tienen una movilidad significativa, lo que significa que WOx funciona como un conductor de protones en estas condiciones. Dado que la formación de hidrógeno en tungsteno de bronce depende del contenido de agua, se ha informado de una gran variación en la conductividad al variar la humedad relativa. Además, se ha demostrado que el Pt soportado en óxido de tungsteno afecta la formación de bronce y se ha reportado tanto una mayor intensidad de los picos de intercalación / desintercalación de hidrógeno como un cambio del potencial máximo a potenciales más altos.

El óxido de tungsteno se ha evaluado como catalizador activo y de soporte en el ánodo de la celda de combustible y en los electrodos de cátodo. El óxido de tungsteno único ha mostrado actividad para la oxidación del hidrógeno, que se atribuyó a la alta porosidad y al área de superficie alta. Se han investigado catalizadores basados ​​en óxido de tungsteno y Pt combinados para la oxidación de metanol / etanol, la oxidación de CO, la oxidación de hidrógeno y la reducción de oxígeno. Para la oxidación de metanol, el sistema Pt en WOx ha demostrado una eficiencia mejorada sobre el catalizador de Pt debido al derrame de hidrógeno de Pt a WOx, pero también a la capacidad de WOx para proporcionar átomos de oxígeno a potenciales bajos y, por lo tanto, evitar la intoxicación por CO. Otros han atribuido el rendimiento mejorado a un área de superficie activa electroquímica incrementada (ECSA) de Pt en WOx.

El óxido de tungsteno también es relativamente estable en ambientes ácidos, lo cual es un requisito previo para el uso en aplicaciones de celdas de combustible de electrolito de polímero. Sin embargo, se ha reportado alguna disolución de los óxidos de tungsteno. En un estudio anterior, examinamos el impacto de diferentes óxidos metálicos sobre la estabilidad y la actividad del platino en cátodos de modelo delgado en un PEFC. Pt en WOx exhibió una actividad mejorada para la reducción de oxígeno y posiblemente también una estabilidad mejorada en comparación con Pt solo. También se observaron características interesantes, como la reducción de la formación de óxido de platino y la formación de bronce de tungsteno de hidrógeno catalizada por platino cuando se depositó Pt en el documento WOx.