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Catalizadores de Pt y PtRu soportados en nanotubos para su aplicación en celdas de combustible.

RAMON GOMEZ VARGAS (2007)

Como resultado del dramático incremento de la demanda de energía eléctrica durante el S.XX, se ha buscado la conversión directa de energía química en energía eléctrica. Uno de los sistemas que ha logrado hacer esto son las celdas de combustible, en donde la generación de la energía eléctrica se debe a la oxidación del hidrógeno y a la reducción del oxígeno. Las dos reacciones en la celda son catalizadas por el platino. La reacción en el cátodo es lenta por lo que la reducción del oxígeno es la etapa limitante en la velocidad de la reacción. Estudios previos han mostrado que los catalizadores soportados en nanotubos exhiben mayores eficiencias que los catalizadores tradicionales soportados en Vulcan XC-72. En este trabajo se desarrollaron catalizadores tanto de platino como de platino-rutenio soportados sobre nanotubos de carbón para su aplicación en celdas de combustible. La caracterización de los materiales se realizó fisicoquímicamente y electroquímicamente. Se desarrolló un procedimiento para el depósito o impregnación del platino y rutenio en nanotubos de carbón utilizando como precursores hexacloroplatinato de amonio y hexaclororutenato de amonio. Se encontró que en la reacción de impregnación de platino y rutenio, se da una competencia por los sitios de anclaje, al hacerlos reaccionar al mismo tiempo, los materiales sintetizados mediante el método de adición sucesiva presentan características de cinética mejores que los materiales soportados en carbón.

Master thesis

Celdas de combustible. CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA QUÍMICA FÍSICA ELECTROQUÍMICA ELECTROQUÍMICA

EVALUACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA AZUCARERA PARA APLICACIONES EN CELDA DE COMBUSTIBLE MICROBIANA

YOLANDA CORDOVA BAUTISTA (2018)

Los desechos orgánicos como las aguas residuales tienen el potencial de ser

utilizados como materia prima para generar productos y energía de alto valor. Para

mejorar el rendimiento es razonable usar las bacterias propias de estos entornos.

En esta tesis se ha estudiado el potencial de las aguas residuales de la industria

azucarera como combustible en las CCM’s, así como la actividad electrogénica de

los microorganismos presentes en estas aguas residuales. Este trabajo fue

desarrollado en cinco etapas. En la primera etapa, se realizó el aislamiento y la

clasificación de los microorganismos presentes en las aguas residuales. Solo dos

microorganismos fueron encontrados Bacillus cereus BCC-1 y Bacillus subtilis BSC-

2. Por cuestiones de bioseguridad sólo la cepa B. subtilis BSC-2 fue utilizada como

bioelectrógeno. En la segunda etapa se evaluó la capacidad B. subtilis BSC-2 para

degradar la demanda química de oxígeno (DQO) en agua residual sintética. Para

esto se estableció un diseño experimental con arreglo de factores (32). Los factores

fueron pH y tiempo de retención hidráulica (TRH). En la tercera etapa se evaluó la

generación de potencia en la CCM utilizando B. subtilis BSC-2. En esta etapa el

sistema fue estudiado mediante la aplicación de la Metodología de Superficie de

Respuesta (MSR) y los factores considerados fueron el pH y la resistencia externa

(Rext). La máxima densidad de potencia de 402.55 ± 2.63 mW/m2 fue observada a

pH de 8.6 y resistencia de 220 Ω. En las condiciones de operación optimizadas fue

caracterizada la biopelícula de B. subtillis BSC-2 que creció sobre el ánodo y esta

fue caracterizada por espectroscopía de infrarrojo cercano (FTIR), microscopía de

barrido electrónico (SEM) y por voltamperometría cíclica se elucidó el mecanismo

de transferencia de electrones. También fue estudiada la cinética de crecimiento y

consumo de sustrato de B. subtilis BSC-2. Mediante el ajuste de los datos de

crecimiento al modelo de Gompertz la tasa específica de crecimiento (μ) fue de 0.19

1/h. Mientras que, con el ajuste de los datos de consumo de sustrato al modelo de

primer orden, la tasa de consumo de sustrato (k) encontrada fue de 0.019 1/h.

Finalmente, en la quinta etapa se estudió el efecto dos configuraciones de CCM

sobre la remoción de DQO, la eficiencia coulómbica y la generación de voltaje. Los mecanismos de remoción de DQO y EC siguen diferentes mecanismos tanto en una

CCM de doble cámara (CCM-D) como en una CCM de una cámara (CCM-U).

El trabajo desarrollado en esta tesis ha permitido comprobar, a escala de

laboratorio, que las aguas residuales de la industria azucarera contienen

microorganismos que pueden ser utilizados como bioelectrógenos en las CCM’s y

que de las aguas residuales de la industria azucarera se puede producir energía.

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Doctoral thesis

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CELDAS DE COMBUSTIBLE MICROORGANISMOS BIOELECTRÓGENOS

Colector difusor para celdas de combustible con varios canales de flujo con área de sección transversal variable en configuración radial

ABEL HERNANDEZ GUERRERO SERGIO CANO ANDRADE MARTIN ALEJANDRO ALATORRE ORDAZ JOSÉ CUAUHTÉMOC RUBIO ARANA (2016)

Diffuser manifold (bipolar plate) for distribution of reagent flow over the diffusing layers of a fuel cell, or set of fuel cells (stack), characterized by a specific design of its geometry in which the fluid is distributed over the area active in a radial distribution. The flow inlet / outlet is at the center of the plate, where it branches into several flow channels in radial form, obtaining several outlets / flow inlets at the ends of the cell. The bipolar plate can be circular, rectangular or square, according to the specific applications / Abel Hernández Guerrero, José Cuahtemoc Rubio Arana, Martín Alejandro Alatorre Ordaz, Sergio Cano Andrade..

Colector difusor (placa bipolar) para distribución de flujo de reactivos sobre las capas difusoras de una celda de combustible, o conjunto de celdas de combustibles ( stack ), caracterizada por un diseño especifico de su geometría en el cual el fluido se distribuye sobre el área activa en una distribución radial. La entrada / salida de flujo está al centro de la placa, de donde se ramifica en varios canales de flujo en forma radial, obteniendo varias salidas / entradas de flujo en los extremos de la celda. La placa bipolar puede ser circular, rectangular o cuadrada, de acuerdo con las aplicaciones específicas / Abel Hernández Guerrero, José Cuahtemoc Rubio Arana, Martín Alejandro Alatorre Ordaz, Sergio Cano Andrade.

Patent

Ciencias Tecnológicas Ingeniería y tecnología químicas Tecnología de la combustión Celdas de Combustible CIENCIAS TECNOLÓGICAS

Estudio de la oxidación de metanol sobre catalizadores Au@ Ptx núcleo-envolvente utilizando espectroscopia de impedancia electroquímica

NOEMI ROQUE DE LA O (2017)

90 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales.

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México).

El acelerado consumo de los combustibles fósiles así como su impacto ambiental, ha llevado a buscar formas alternativas de energía tal es el caso de las celdas de combustible que presentan eficiencias de hasta el 60% y además son amigables con el medio ambiente. De particular interés las de metanol directo (DMFC), ya que el metanol es fácil de manejar transportar y es económicamente viable; sin embargo presentan algunos inconvenientes que limitan su aplicación: la reacción de oxidación de metanol (MOR) presenta una cinética lenta, por ello se emplea patino (Pt) como catalizador el inconveniente del Pt es su elevado costo y su susceptibilidad al envenenamiento por CO, uno de los intermediarios de reacción. En este trabajo se evalúa la actividad catalítica de nanopartículas (NPs) de Pt y del tipo core-shell, núcleo de oro y envolvente variable de platino soportados en carbón Vulcan XC-72R para la MOR. Para la caracterización física se empleó espectroscopia Ultravioleta-Visible (Uv-Vis), Difracción de Rayos X (DRX) y microscopia electrónica de barrido-transmisión (STEM), se encontró que las NPs presentan estructura cristalina, forma cuasi-esférica, con una dispersión de tamaño uniforme. A través Voltamperometria Cíclica (VC) y Cronoamperometría (CA) se encontró que el catalizador Au@Pt1/C presenta el mejor comportamiento para la MOR. Debido a que la Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) permite separar distintas contribuciones electroquímicas que ocurren durante la MOR, y a través del ajuste de los espectros mediante circuitos equivalentes (utilizados para modelar la respuesta de impedancia) se obtuvieron parámetros como: Rtc, R1 y R2, asociadas a las resistencias de distintos procesos, en donde la respuesta de cada una de éstas se ve influenciada por el tipo de catalizador, así como del potencial aplicado.

Master thesis

Síntesis de nanopartículas; Oxidación. Methanol as fuel. Metanol. Catalizadores metálicos. Celdas de combustible. TP358 INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA QUÍMICAS TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN

Influencia de los soportes en la actividad catalítica de nanopartículas de Pd y Au-Pd corazón-envolvente en la electrooxidación del metanol

REY DAVID HERRERA TORIBIO (2017)

60 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales.

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México).

En el presente trabajo, catalizadores de Pd (20% en peso de carga de metal) fueron sintetizados y soportados en carbón Vulcan XC72R (C), polvo de diamante (DP, Diamond Powder) y óxido de titanio (TiO2). Los catalizadores de Pd/C, Pd/DP y Pd/TiO2 fueron evaluados para la reacción de oxidación de metanol (MOR, Methanol Oxidation Reaction) en medio alcalino. También, las nanopartículas (NPs) de oro (Au) paladio (Pd) con estructura corazón envolvente (CE) fueron sintetizados por el método coloidal y soportadas en carbón Vulcan XC72R, nanotubos de carbón oxidados y sin oxidar (NTCO, NTC), nanofibras de carbón oxidados y sin oxidar (NFCO y NFC). Los resultados mostraron que el soporte tiene una influencia importante en la actividad electrocatalítica para el MOR. Pd/DP y Pd/TiO2 muestran las actividades catalíticas más elevadas con las densidades de corriente anódica (ja) en estado estacionario de 0.26 y 0.17 mA cm-2, respectivamente. Por otro lado, los catalizadores de Au-Pd CE soportado en carbón Vulcan XC72R (AuPd/C) y NFC (AuPd/NFC) presentaron una ja de 0.38 y 0.31 mAcm-2, respectivamente.

In this work, Pd electrocatalysts (20 wt.% metal loading) at Vulcan XC72R (C), diamond powder (DP) and titanium dioxide (TiO2) were tested for the Methanol Oxidation Reaction (MOR) in alkaline media. Results showed that the support has an important inuence on the electrocatalytic activity for the MOR. Palladium supported at diamond powder and titanium dioxide (Pd/DP and Pd/TiO2) showed the highest catalytic activities; their anodic current densities (ja) at steady state are 0.26 and 0.17 mA cm-2, respectively. On other hand, the AuPd core shell (CS) catalysts exhibited the greater catalytic activity; the AuPd CS supported on carbon Vulcan XC72R (AuPd/C) and carbon nano_ber (AuPd/NFC) presented the ja of 0.38 and 0.31 mAcm-2, respectively.

Master thesis

Methanol--Synthesis. Metanol. Catalizadores metálicos. Celdas de combustible. TP359.M4 BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA INORGÁNICA TECNOLOGÍA DE LA CATÁLISIS

Diseño y modelado matemático de una microcelda de combustible líquido

ABRAHAM RAFAEL GARCIA CUEVAS (2012)

"Las microceldas de combustible líquido aprovechan la naturaleza del flujo laminar para mantener separados a los reactantes, análogamente a como lo hace la membrana de intercambio protónico en una celda de combustible de hidrógeno convencional. El no uso de dicha membrana hace que las microceldas de combustible líquido sean dispositivos muy atractivos para la generación de energía limpia debido principalmente a su bajo costo y su rápida cinética electroquímica. Sin embargo, debido a su relativa recién invención, las microceldas de combustible líquido aún se encuentran en la etapa experimental. En el presente trabajo de tesis se estudia el comportamiento y operación de una microcelda de combustible líquido utilizando análisis de elemento finito. Se evalúa el rendimiento de la microcelda al modificar distintas variables del sistema como lo son: i) el ángulo entre los brazos de inyección de los fluidos, ii) la distancia entre los electrodos, iii) el área de las superficies catalíticas, iv) el área de contacto entre los reactantes, v) el desplazamiento de la interfaz líquido-líquido. Con base en el análisis de la forma en cómo afectan dichas variables en el rendimiento de la microcelda se hace una propuesta de dos nuevos y mejores diseños. Se realiza una comparativa de las capacidades de entrega de energía y aprovechamiento de combustible del diseño típico de microcelda con respecto a los nuevos diseños propuestos. Finalmente, se propone un modelo dinámico de estructura ((ARX sin retardos)) que describe la dinámica de la microcelda de combustible líquido con fines de control. Particularmente se realizó un modelado entrada-salida del sistema, considerando como salida la ((densidad de corriente promedio en el cátodo)) y el ((aprovechamiento de combustible)). Como entradas del sistema fueron consideradas la ((velocidad de entrada del combustible)) y la ((velocidad de entrada del oxígeno))."

"The microfluidic fuel cells (MFC) take advantage of the nature of the laminar flow to keep two reactant flows separated, analogously as the proton exchange membrane does in the conventional hydrogen fuel cells. Since MFC do not use membrane these cells results very attractive to generate clean energy at low cost and with fast electrochemical kinetics. However, due to its relative new invention, the microfluidic fuel cells are yet in its experimental stage. In this work, behavior and operation of a microfluidic fuel cell are studied using finite element analysis. The performance of the microfluidic fuel cell is evaluated when several critical system variables are modified. Those variables are: i) the angle between the injection arms of the fluids, ii) the distance between the electrodes, iii) the catalytic surfaces areas, iv) the contact area between the reactants, v) the liquid-liquid interface displacement. After understanding how those variables affect the microfluidic fuel cell performance, two new and better designs are proposed. A comparison between the different design is performed using variables as energy delivery and fuel use. Finally, a dynamic model is proposed using an ((ARX without delays)) strategy. Particularly two input-output models are proposed, using as output the ((cathode average current density)) and the ((fuel use)) and as inputs the ((fuel inlet velocity)) and the ((oxygen inlet velocity)). This thesis is a very first attempt to describe the dynamic behavior of a MFC that can be used for control purposes."

Master thesis

Celdas de combustible Microfluidos Modelo dinámico CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA MATEMÁTICAS

Generación de energía eléctrica a partir del tratamiento de aguas residuales por medio de bioceldas

EDSON BALTAZAR ESTRADA ARRIAGA (2013)

Actualmente, la recuperación de bioenergía (electricidad, metano e hidrógeno) a través de las aguas residuales, ya sean de origen industrial o municipal, ha despertado un gran interés en la comunidad científica. En este informe, se presenta la forma como la bioconversión de la material orgánica presente en el agua residual puede generar energía eléctrica y a su vez reducir la carga orgánica de las aguas residuales.

Working paper

Energía eléctrica Tratamiento de aguas residuales Celdas de combustible microbianas Informes de proyectos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Diseño de un nodo de adquisición de datos para redes de sensores inalámbricos energéticamente autosustentables.

MARIO ALBERTO CARMONA CAMPOS (2018)

El aumento de las tecnologías modernas como las redes de sensores inalámbricos(WSN), la Internet de las cosas(IO) y las comunicaciones máquina a máquina(M2M) implica el uso de baterías, lo que supone un grave riesgo para el medio ambiente con la eliminación de miles de millones de baterías cada año. La recolecta de energía es esencial para la corta vida útil que tienen fuentes de alimentación para mantener en funcionamiento los dispositivos electrónicos de baja potencia, hoy en día, existen diferentes métodos para implementar sistemas que no requiere el uso de baterías tales como las pilas de combustible microbianas, solares, piezoeléctricas, térmicas y de energía cinética. Esta tesis describe la implementación de la adquisición de datos de un nodos usando una nueva opción de recolección de energía, como la Celda de Combustible Microbiana de Planta (PMFC), conviertiéndose en un nodo autosustentable del sistema energético. Una solución de energía verde para aplicaciones en agricultura de precisión como la WSN, ya que ayudaría a mejorar el rendimiento de los cultivos.

Master thesis

Redes de sensores inalámbricos Nodo de sensores inalámbricos Celdas de combustible microbianas INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Doble perovskita BSCF dopado con Ni como cátodo y su estabilidad a alta temperatura para aplicaciones en SOFC

ALONSO CONCHA BALDERRAMA GABRIEL ROJAS GEORGE ARMANDO REYES ROJAS (2015)

Las celdas de combustible de oxido solidos (SOFC) se han convertido en uno de los dispositivos de transformación de energía más eficientes, especialmente aquellas de mediana y baja temperatura, en las cuales los principales obstáculos pueden ser solucionados, como la reactividad química entre componentes, desajuste en la expansión térmica y el alto costo de los materiales que pueden soportar temperaturas de transformación por encima de 800ºC.

En este estudio, un doble perovskita Ba0.5Sr1.5Co1.6-xNixFe0.4O6-δ (0.025 ≤ X ≥ 0.2) ha sido sintetizado a través de un proceso de sol-gel modificado, utilizando EDTA como agente quelante, la estructura cristalina de los polvos resultantes fue caracterizada usando difracción de rayos X, refinamiento Rietveld, y la expansión térmica de la cerámica se evaluó en atmósfera de aire 700ºC. Y se ha demostrado que tiene un cambio en su coeficiente de dilatación térmica alrededor de 400ºC, sin importar el contenido de Ni. Con el fin de entender este comportamiento, se llevaron a cabo estudios de difracción de rayos x y DSC-TGA, revelando que ninguna transformación de fase se lleva a cabo durante la prueba del cátodo, lo que indica una expansión de la consecuencia celda unidad de la reducción de cationes del sitio B.

Palabras clave: La síntesis química; Celdas de combustible de óxido sólido; estructura cristalina

Conference poster

Celdas de combustible de oxido solidos (SOFC) BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA OTRAS ESPECIALIDADES QUÍMICAS OTRAS