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Title: Preparación de electrodos de hidrógeno a partir de MoS₂ - Pt sobre nanoestructuras de carbono para una batería de flujo híbrida de H₂-Br₂
Authors: de la Rosa Gómez, Alejandra
Issue Date: Jun-2019
Publisher: Universidad Autónoma de Zacatecas
Abstract: Las baterías de flujo redox (RFB) presentan ventajas atractivas como diseño flexible, alta eficiencia, escalabilidad, entre otros, para el almacenamiento de energías renovables intermitentes como la eólica y solar. Las RFB almacenan energía eléctrica en energía química, y viceversa, mediante reacciones de oxidación y reducción. La batería híbrida de H2-Br2 es un sistema de gran interés con un Ecelda de 1.09 V asociado a las reacciones del hidrógeno y bromo. Sin embargo, el Pt/C, necesario en el electrodo de H2, se desactiva por la presencia de HBr que difunde del electrodo de bromo por la membrana, afectando la eficiencia global de la batería. Por lo tanto, la busqueda de materiales alternos al Pt/C en el diseño del electrodo de H2 es de interés cientifico. En este trabajo, se sintetizaron por calentamiento en una sola etapa, nanocompositos de MoS₂ sobre nanoestructuras de carbono (NCSs) con y sin la adición de Pt (~5 wt.%). Los nanocompositos obtenidos fueron estudiados por técnicas espectroscopicas, microscopicas y electroquímicas. Los resultados por Espectroscopia RAMAN demuestran la formación de MoS2, además de la presencia de residuos de precursor de Mo, la cual se confirmó por XRD. SEM y TEM mostraron que los nanocompositos MoS2-Pt@NEC exhiben una distribución uniforme sobre las NCSs con partículas esféricas de 20 nm aproximadamente. Los nanocompositos de MoS₂@N MWCNT y MoS2-Pt@N-MWCNT demostraron una actividad electrocatalítica mayor hacia la reacción de evolución de hidrógeno (HER) en medio ácido por VL y EIS, independientemente de la presencia del precursor, con respecto a electrodos de preparados por mezcla mecánica. Esta mejora se asocia a una sinergía entre la fase activa y el soporte originada por la síntesis en una sola etapa propuesta. Asimismo, los nanocompositos MoS2- Pt@N-MWCNT demostraron una mayor estabilidad electroquímica para la HER en presencia de HBr, en comparación con electrodos de Pt/C. Por otro lado, el nanocomposito MoS2-Pt@N-MWCNT no reveló propiedades catalíticas aceptables para la reacción de oxidación de hidrógeno posiblemente debido a la adsorción de N2 sobre los sitios activos del MoS2. En general, los nanocompositos de MoS₂@N-MWCNT y MoS2-Pt@N MWCNT pueden ser empleados como electrocatalizadores de bajo costo alternativos al Pt/C para el diseño de electrodos positivos para la HER en una RFB de H2-Br2.
Description: Redox flow batteries (RFB) have attractive advantages such as a flexible design, high efficiency, scalability, among others, for energy storage applications of intermittent renewable energies such as wind and solar. RFBs store electrical energy in chemical energy, and viceversa, by means of redox reactions. The H2-Br2 hybrid RFB is of great interest with a Ecell of 1.09 V due to the reactions of hydrogen and bromine species. However, the Pt/C electrocatalyst at the H2 electrode is passivated due to crossover of HBr from the positive electrode through the membrane, thus the overall performance of the battery is affected. Therefore, alternative materials to Pt / C is of scientific interest for the design of H2 electrodes. In this work, MoS₂ nanocomposites were deposited on carbon nanostructures (NEC) with and without the addition of Pt (~ 5 wt.%) by a single step synthesis. The nanocomposites were studied by spectroscopic, microscopic and electrochemical techniques. RAMAN spectroscopy demonstrated the formation of MoS2, however, the Mo precursor salt was also identified and confirmed by XRD in the final product. SEM and TEM showed that MoS2-Pt@NEC nanocomposites exhibited a homogeneous distribution on the NECs. A spherical particles, ~ 20 nm diameter, were estimated by TEM. The nanocomposites of MoS₂@N-MWCNT and MoS2-Pt@N MWCNT demonstrated higher electrocatalytic activity towards the hydrogen evolution reaction (HER) in acidic medium with respect to those electrodes prepared by mechanical mixing regarding the presence of the Mo precursors. This resultt is associated to a possible synergy between the active phase and the support originated by the one-pot synthesis. Also, the MoS2-Pt@N-MWCNT nanocomposites demonstrated greater electrochemical stability for HER in the presence of HBr as compared to Pt/C electrodes. On the other hand, the nanocomposite MoS2-Pt@ N-MWCNT did not reveal acceptable catalytic properties towards the hydrogen oxidation reaction possibly due to the adsorption of N2 on the active sites of MoS2. Overall, the nanocomposites of MoS₂@ N-MWCNT and MoS2-Pt@N MWCNT could be used as a low-cost alternative electrocatalysts to Pt/C in the design of positive electrodes for the HER in an RFB of H2-Br2.
URI: http://ricaxcan.uaz.edu.mx/jspui/handle/20.500.11845/2302
Other Identifiers: info:eu-repo/semantics/publishedVersion
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