Modelado teórico de procesos fisicoquímicos para dispositivos electroquímicos

Abstract

La investigación se orienta a la obtención de conocimientos para el mejoramiento de tecnologías de celdas de combustible, las cuales constituyen una forma alternativas y más atractiva de producción de energía eléctrica, debido entre otras razones a su impacto positivo en el medio ambiente. Se tiene como objetivo la generación de los conocimientos fundamentales para una gradual y progresiva sustitución de los procesos térmicos convencionales de producción de electricidad por tecnologías más limpias. En este sentido, la migración desde materiales de electrodo convencionales a nanoestructurados con gran área superficial presenta beneficios significativos para la tecnología, y más específicamente los nanotubos de carbono constituyen un material fascinante para la electroquímica, debido a su gran área superficial. Además, la capacidad de almacenar iones les confiere grandes expectativas en torno a las baterías, y más aún, nanotubos de carbono (CNTs) químicamente modificados han demostrado ser buenos catalizadores para la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en las celdas combustibles. El presente plan propone abordar estudios teóricos que permitan comprender el comportamiento nanotubos de carbono de paredsimple (CNTs) modificados en su interior con átomos de metales en diferentes configuraciones y/o sustituidos átomos de C de su pared por algún metal. Se busca entender cómo los cambios en propiedades luego de la modificación metálica influenciarán en la ORR. Específicamente, se pretende analizar el efecto que estos sistemas modificados tendrán sobre la adsorción y/o disociación de oxígeno molecular, ambos procesos elementales involucrados en el mecanismo de dicha reacción.

This project is focused in the improvement of fuel cell technologies, an attractive alternative to produce electrical energy to diminish negative impact on the environment. The main goal is to achieve fundamental knowledge to sustitute the conventional thermal processes of electrical energy production by cleaner technologies. In this sense, the migration from conventional electrode materials to nanostructured ones with a large surface area presents significant benefits for these technology, and specifically, carbon nanotubes are a fascinating material for electrochemistry, due to their large surface area. Furthermore, the ability to store ions gives them high expectations for batteries and chemically modified carbon nanotubes (CNTs) have proven to be good catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells. The present project proposes to undertake theoretical studies to understand the behavior of single-walled carbon nanotubes (CNTs) modified inside with metal atoms in different configurations and / or sustituted in their wall by some metal. The aim is to understand how the changes in the CNT properties will influence the ORR (oxigen reduction reaction) after the metal modification. Specifically, it is intended to analyze the effect that these modified systems will have on the adsorption and/or dissociation of molecular oxygen, both elementary processes involved in the mechanism of the reaction.