Desarrollo de electrocatalizadores de bajo contenido platino La1-xSrxCoO3-Pt/C para electrolizadores de agua en medio ácido altamente eficientes y duraderos
1 Méndez Vázquez, Juan Fernando; 1 Karinjilottu Padmadas, Padmasree; 1 Rodríguez Varela, Francisco Javier; 1 Guzmán Balderas, Gisela; 2 Meléndez González, Perla Cecilia; 3 Alonso Lemus, Ivonne Liliana
1 Sustentabilidad de los Recursos Naturales y Energía, Cinvestav Saltillo Av. Industria Metalúrgica 1062, C.P. 25900, Ramos Arizpe, Coahuila, México. 2 Helmholtz Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Energy Materials In-situ Lab (EMIL)- Department "Interface Design", Albert-Einstein-Straβe 15, 12489 Berlin, Germany. 3 Secihti-Cinvestav Saltillo. Sustentabilidad de los Recursos Naturales y Energía.
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Abstract
El desarrollo de electrocatalizadores eficientes y duraderos con bajo contenido de platino es crucial para la producción limpia de hidrógeno. En este trabajo, se sintetizaron nanocompuestos basados en Pt/C y perovskitas La1-xSrxCoO3 (x = 0, 0.1, 0.3 y 0.5). La caracterización fisicoquímica reveló una transición de fase romboédrica a cúbica al incrementar el Sr, acentuada entre x = 0.3 y 0.5. Las micrografías confirmaron una dispersión homogénea sobre carbón Vulcan, con Pt decorando las perovskitas y regiones enriquecidas de Co y O. Mediante XPS, en Co 2p se observó la transición del Co2+ predominante (LaCoO3) hacia Co3+ con contribuciones de Co4+ al aumentar el dopaje. Asimismo, en O 1s la sustitución aliovalente de Sr2+ promovió la formación de vacancias aniónicas a expensas del oxígeno reticular para compensar el desbalance electrónico. Electroquímicamente, las pendientes de Tafel evidenciaron un mecanismo cinético de Volmer-Heyrovsky para la reacción de evolución de hidrógeno (HER). El La0.5Sr0.5CoO3-Pt/C exhibió excelente actividad y estabilidad para la HER, requiriendo un sobrepotencial de 12 mV al ciclo inicial y 14 mV tras 3000 ciclos de pruebas de degradación acelerada (ADT). Para la reacción de evolución de oxígeno (OER), el La0.9Sr0.1CoO3-Pt/C demandó un sobrepotencial de 552 mV inicialmente y 580 mV tras ADT. Al integrar un electrolizador ácido asimétrico de dos electrodos (La0.5Sr0.5CoO3-Pt||La0.9sr0.1CoO3-Pt/C), la celda operó a un voltaje notable de 1.409 V en el estado inicial y alcanzó 1.709 V tras 12 h de cronopotenciometría continua. Esta configuración superó el desempeño del sistema comercial simétrico Pt/C||Pt/C, demostrando ser una alternativa prometedora, robusta y costo-efectiva para la división global del agua.
Keywords: Electrolizadores ácidos; perovskitas dopadas con estroncio; bajo contenido de platino