METHOD FOR SYNTHESISING CARBONACEOUS MATERIALS FOR APPLICATION AS ELECTROCATALYSTS AND MATERIAL OBTAINED USING SAID METHOD

Patent number:

WO19180281 - P201830278

Comunidad Valenciana.svg
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The Carbon Materials and Environment Research Group of the University of Alicante has developed a new method for obtaining carbon materials with excellent properties such as electrocatalysts in fuel cells or metal-air batteries. The process is based on the thermal treatment of polyaniline (or its derivatives) at high temperature and allows to obtain metal-free carbon materials with a high performance, in a very simple, fast way and in a single stage. These novel materials are characterized by their excellent catalytic activity and selectivity in the oxygen reduction reaction in alkaline medium, they are very stable and resistant to methanol and carbon monoxide poisoning, and above all, they stand out for their low manufacturing cost, which makes them promising candidates to replace the current commercial platinum-based catalysts. We are looking for companies interested in acquiring this technology for commercial exploitation.

Countries:
Spain
Regions:
Valencian Community
Centers:
UNIVERSIDAD DE ALICANTE
Other entities:
Sectors:
Automotive & Rail
Subsectors:
Macromolecular chemistry, polymers, Electrical machinery, apparatus, energy, Y02E60/50
TRL Level:
TRL 2 – technology concept formulated, TRL 3 – experimental proof of concept, TRL 4 – technology validated in lab
BRL Level:
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Sustainable Development Goal:
Applications

VENTAJAS A continuación, se enumeran las principales ventajas de este novedoso método: 1) Utiliza precursores muy económicos. 2) No requiere equipamiento especial. 3) Se sintetizan de forma muy sencilla y en una única etapa, sin necesidad de utilizar materiales tipo plantilla o de sacrificio. 4) El método de síntesis tiene un alto rendimiento. 5) Bajo coste del método de síntesis: el coste de manufactura para obtener este tipo de materiales es radicalmente inferior a los catalizadores comerciales actuales. 6) Los materiales carbonosos sintetizados son de fácil manejo: se dispersan fácilmente en medio acuoso a temperatura ambiente. 7) Poseen una excelente actividad electrocatalítica para la reacción de reducción de oxígeno en medio alcalino. 8) Tienen una gran estabilidad, lo que les aporta un tiempo de trabajo útil (durabilidad) mayor que los actuales electrodos de las pilas de combustible o de las baterías metal-aire. 9) Son resistentes al envenenamiento por metanol o monóxido de carbono. 10) La reacción de reducción de oxígeno tiene una gran selectividad, ya que se realiza a través de un mecanismo de cuatro electrones cuyo producto de reacción es agua (con una mínima producción de intermediarios de reacción, inferior al 5%, que podrían dañar la pila de combustible). 11) Son materiales respetuosos con el medioambiente, ya que se trata de catalizadores exentos de metales. 12) Tienen aplicación como electrodos en pilas de combustible y en baterías metal-aire. 13) Permite reducir el coste total de la pila de combustible. 14) Se trata de grandes candidatos para reemplazar a los actuales catalizadores comerciales de platino en medio alcalino. Aunque el tratamiento térmico de polímeros que contienen anilina en sus unidades monoméricas es conocido dentro del estado de la técnica, el presente método se diferencia de los otros procedimientos en los siguientes aspectos: 1) La temperatura de tratamiento térmico es superior a los 1100ºC (a diferencia de los otros tratamientos, cuyas temperaturas de trabajo son inferiores a 800ºC, y, por tanto, insuficientes para lograr una actividad catalítica cercana a la obtenida por los catalizadores basados en platino). Con esta elevada temperatura de pirolisis, se obtienen materiales carbonosos con un orden estructural, una conductividad eléctrica y una actividad catalítica similar a los catalizadores comerciales de platino, siendo, por tanto, unos excelentes sustitutos de éstos, ya que el coste de producción es radicalmente inferior. 2) No se emplean estructuras de sacrificio (que incrementan el número de etapas de síntesis y el coste de fabricación del catalizador). 3) El método descrito en la presente invención es muy sencillo y se realiza en una única etapa. 4) Selección adecuada de los precursores, siendo la polianilina y los derivados de ésta los más apropiados para obtener materiales carbonosos con una excelente actividad catalítica en medio alcalino (similar a los catalizadores comerciales basados en platino). APLICACIONES La presente invención se enmarca en el sector energético, concretamente en el área relacionada con las transformaciones químicas derivadas de la transferencia de electrones que se producen en los electrocatalizadores. Esta tecnología permite obtener materiales carbonosos exentos de metales para su aplicación como excelentes electrocatalizadores (cátodo) en la reacción de reducción de oxígeno en condiciones alcalinas en las pilas de combustible de baja temperatura de hidrógeno o de metanol, o en las baterías metal-aire. Por tanto, esta tecnología encuentra su aplicación en los siguientes sectores industriales: • Pilas de combustible. • Baterías metal-aire. • Automovilístico. • Producción y almacenamiento de energía.

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