Desenvolvimentos e caracterizações de materiais alternativos para eletrólise da água

Abstract

Resumo: Este trabalho relata o desenvolvimento de materiais alternativos com baixo custo, para aplicação em catodos dos eletrolisadores de água em meio alcalino (KOH 6 mol.L-). Os materiais foram desenvolvidos empregando-se as técnicas de eletrodeposição de metais puros ou ligas em multicamadas de baixa espessura. Após as eletrodeposições os materiais eram submetidos a tratamentos térmicos com atmosfera e temperatura controladas para provar a interdifusão dos metais. As caracterizações foram realizadas aplicando-se a técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA), mapeamento por energia dispersiva de superfície (EDS), difratometria de Raios-x e curvas de Tafel. O levantamento das curvas de Tafel foram realizados em modo galvanostático, aplicando-se saltos sucessivos de correntes monitorados através de um software especificamente desenvolvido para eliminar as contribuições de queda Ôhmica. Os resultados revelaram que, em alguns casos, o tratamento térmico promoveu o aumento de área e aumento da atividade eletrocatalítica para reação de desprendimento de hidrogênio (RDH) com consequente diminuição do sobrepotencial. A conclusão principal é que o processo de eletrodeposição em camadas e tratamento térmico controlado revelou-se uma técnica promissora para obtenção de eletrodos de materiais alternativos e baixo custo para a RDH.

Abstract: This work describes the development of alternatives and low cost materials for cathodes applications in alkaline (KOH 6 mol.L-1) water electrolysers. The materials were developed by electrodeposition of pure metals or its alloys in low thickness multilayer. After that, the electroplated materials were submitted to thermal treatments under controlled atmosphere and temperature to provide the metals atoms interdifusion. The characterizations were carried out by electronic microscopy technique (SEM), atomic force microscopy (AFM), analyses of dispersive energy of surfaces (EDS), x-ray difratometry and Tafel plots of the hydrogen evolution reaction (HER). The Tafel plots data were obtained under galvanostatic conditions and by applying a successive chain of current densities steps controlled by specifically developed software. The main function of such software was to discard the Ohmic drop contributions to each read potential. The results revealed that, in some cases, the thermal treatment increased the electroplated material area, improved its electrocatalitic activity and, as consequence, decreased the HER overpotential. The main conclusion is that multilayer electroplating process and the materials interdifusion under controlled thermal treatment is a promising technique for production of low cost alternatives materials which one presents an improved HER electrocatalitic activities.