Preparación de electrodos de hidrógeno a partir de MoS₂ - Pt sobre nanoestructuras de carbono para una batería de flujo híbrida de H₂-Br₂

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.