Análisis de estabilidad a la disolución de nano catalizadores en cátodos de celdas de combustible mediante simulación molecular

Abstract

La celda de combustible es un dispositivo que realiza una conversión directa de energía química en eléctrica a través de una reacción electroquímica, la cual se lleva a cabo gracias al empleo de un catalizador, usualmente platino por su gran eficiencia; sin embargo, el aumento en el costo del platino y su escasez ponen una barrera en la producción masiva de esta tecnología. Se han desarrollado alternativos nanocatalizadores, pero a pesar de su eficiencia acelerando la reacción de oxidorreducción, son fácilmente disueltas en medio ácido, lo cual afecta notablemente el rendimiento de la celda debido a la pérdida de superficie activa del catalizador. En este trabajo se evaluó, mediante simulación molecular, la estabilidad relativa de aleaciones basadas en platino con los metales de transición Ir, Co, Ni, Pd y Rh. Se eligieron geometrías que emularan los planos (111) y (001) con composiciones 3:1 y 1:1 Platino-Metal, sistemas bimetálicos con contenidos de platino mayores al 75% y sistemas trimetálicos, para ser estudiados. El análisis se basó en la comparación de la espontaneidad (cambio en la energía libre de Gibbs) de potenciales reacciones de disolución en cada aleación con la espontaneidad del platino puro. La Teoría del Funcional de Densidad fue usada para determinar la energía libre de Gibbs de las especies involucradas en las reacciones de disolución. Se comprobó que la estabilidad depende de la configuración, dado que los planos (001) resultaron más estables que los planos (111) y además se demostró que el Iridio es el único metal que ayuda a la estabilización para que el nanocatalizador no se disuelva.