Revista de Tecnologia e Ciência da UTN - Argentina

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REVISTA DE LA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL - REPÚBLICA ARGENTINA
ED
ICI
ÓN
 ES
PE
CIA
L
Tecnología
y Ciencia
ISSN 1666 6933
Año 10 - Nº 20
Abril 2012
SCyT
HYFUSEN
RECTOR Ing. Héctor Carlos BROTTO 
VICERRECTOR Ing. Carlos Eduardo FANTINI 
ASESOR DEL RECTOR Sr. Rubén Omar VIDAL
SECRETARIO ACADÉMICO Y
DE PLANEAMIENTO
Ing. José María VIRGILI
SECRETARIO DE PLANEAMIENTO Ing. Juan José SILVA
SUBSECRETARIO ACADÉMICO Ing. Guillermo Faustino PARRA
SECRETARIO DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y
POSGRADO
Dr. Walter Edgardo LEGNANI
SUBSECRETARIA DE POSGRADO Lic. Alicia ROMÁN
SECRETARIO DE EXTENSIÓN UNIVERSITARIA Lic. Sebastián PUIG
SUBSECRETARIO EXTENSIÓN Ing. Carlos Alberto CASTILLO
SECRETARIO DE VINCULACIÓN TECNOLÓGICA Ing. Enrique FILGUEIRA
SUBSECRETARIO DEL GRADUADO Ing. Juan Carlos GÓMEZ
SECRETARIO ADMINISTRATIVO Dr. Rogelio Antonio GÓMEZ
SUBSECRETARIO ADMINISTRATIVO Dr. Christian VIDAL
SECRETARIO DE ASUNTOS ESTUDIANTILES Ing. Alberto A. VIARENGO
SECRETARIO DE CONSEJO SUPERIOR A. U. S. Ricardo Federico Oscar SALLER
SECRETARIO DE TECNOLOGÍAS DE LA
INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓN
Ing. Uriel CUKIERMAN
SECRETARIO DE VINCULACIÓN INSTITUCIONAL Ing. Mario Roberto GOS
Autoridades de la Universidad Tecnológica Nacional
(Abril 2012)
Avellaneda
Bahía Blanca
Buenos Aires
Concepción del
Uruguay
Concordia
Córdoba
Chubut
Delta
General Pacheco
Haedo
La Plata
La Rioja
Mendoza
del Neuquén
Ing. Jorge DEL GENER
Dr. Ing. Liberto ÉRCOLI
Ing. Guillermo OLIVETO
Ing. María Estela MEIER
Ing. José Jorge PENCO
Ing. Héctor AIASSA
Ing. Carlos GUZMÁN 
Ing. Miguel Ángel SOSA
Ing. Eugenio RICCIOLINI
Ing. Víctor L. CABALLINI
Ing. Carlos FANTINI
Ing. Jorge ORTEGA
Ing. Eduardo BALASCH
Ing. Pablo LISCOVSKY 
Paraná
Rafaela
Reconquista
Resistencia
Río Grande
Rosario 
San Francisco
San Nicolás
San Rafael
Santa Cruz
Santa Fe
Trenque Lauquen
Tucumán
Venado Tuerto
Villa María
Ing. Omar BERARDI
Ing. Oscar DAVID
Ing. Nicolás DI PAOLO 
Ing. Liliana CUENCA PLETSCH
Ing. Mario FERREYRA
Ing. Rubén CICCARELLI
Ing. Daniel FERRADÁS
Ing. Haroldo AVETTA
Ing. Horacio PESSANO
Ing. Martín GOICOECHEA
Ing. Rudy GRETHER
Ing. Gustavo A. RINALDI
Ing. Walter Fabián SORIA
Dr. Hugo QUAGLIA
Ing. Pablo Andrés ROSSO
Centro de Estudios Mar del Plata
Instituto Nacional Superior del
Profesorado Técnico
Lic. Juana BAU
Ing. Héctor René GONZÁLEZ
Decanos de las Facultades Regionales 
Directores de otras Dependencias
RTyC – UTN – Hyfusen - 3
Staff Sumario
 Registro Nacional de la Propiedad Intelectual en trámite. Se autoriza la reproducción total o parcial en cualquier forma 
de edición o idioma, citando debidamente a las fuentes. Estando firmados los artículos y opiniones, la revista de Tecno-
logía y Ciencia no asume responsabilidad alguna sobre su contenido ni hace suyas opiniones y posiciones de los autores.
Revista Tecnología y Ciencia 
ISSN 1666-6933
Editor Responsable 
Universidad Tecnológica Nacional 
Secretaría de Ciencia, Tecnología y Posgrado
Comité Editorial
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Lic. Juan Pedro ESPERÓN
Ing. Jorge Félix FERNANDEZ 
Lic. Juan Miguel LANGUASCO
Dr. Ing. Juan Carlos Jesús PITER
Ing. Carlos Alberto SANCHEZ 
Mg. Ing. Luis Alberto TOSELLI
Coordinador del Comité Editorial 
Ing. Héctor H. DABBADIE
Edición y Diseño de Tapa
Sra. Patricia CEJAS
Redacción y Administración 
Sarmiento 440 - 3er piso
(1347) Ciudad Autónoma de Buenos Aires, 
Argentina
Tel-Fax: 54-11-5371-5608
e-mail: sec-cyt@rec.utn.edu.ar
http: www.utn.edu.ar/scyt
Autoridades de la Universidad Tecnológica Nacional ................................ 2
 
Staff y Sumario .…………………………………...…….................................... 3
 
Comportamiento Electroquímico de Electrodos de Hidróxido de Níquel con 
Cobalto Metálico - Ortiz, Castro, Real……………………............................ 7
Diseño de Electrodos de Partícula Única para la Determinación de Pa-
rámetros Cinéticos Electroquímicos en Aleaciones almacenadoras de Hi-
drógeno - Castro, Thomas, Humana, Real, Milocco, Visintin ..................... 16
Efecto Electroquímico de Nanoesferas de Carbono en Aleación AB5 - 
Cuscueta, Corso, Arenillas, Martínez, Ghilarducci, Salva…..…………...... 25
Electrodos de Hidruro Metálico con Diferentes Tamaños de Partículas - 
Humana, Thomas, Ruiz, Real, Castro, Visintin…………….......................... 33
Estudio de Factibilidad de la Producción de Biodiesel en Reactores Tan-
que Agitado Continuo de Laboratorio - Duarte Vera, Acosta, Romano...... 42
Estudio del Desprendimiento de Oxígeno en Electrodos de Hidróxidos de 
Níquel en Celdas Prototipos Ni-MHx - . Becker, Rodriguez Nieto, Cus-
cueta, Salva, Ghilarducci, Visintin………………......................................... 50
Estudio y Resultados Experimentales de la Eficiencia en la Producción de 
Energía Eléctrica con una Celda de Combustible PEM - Gonnet, Robles, 
Moro……………………………………………………….................................. 58
Influencia del Potencial Aplicado en las Características de Nanopartí-
culas de Pt Electrodepositadas sobre Sustrato Conductores - Ramos, An-
dreasen, Triaca……………………………………………………………........... 66
Modelado de Alta Precisión en el Cálculo de la Orientación Solar - Cion-
co, Quaranta, Calegaris,Compagnucci …………………………................... 73
Modelado de la Radiación Solar y la Generación Fotovoltaica mediante 
Técnicas de Computación Evolutiva - Sánchez Reinoso, Milone, Buitra-
go………………………………………………………………............................ 78
Motor stirling tipo alfa bicilíndrico – Elaboración de modelo dinámico - 
Valdez, Scollo, Santamarina, Chini, Barón …………………........................ 85
Motor stirling tipo alfa bicilíndrico – Rediseño y optimización - Scollo, 
Valdez, Santamarina, Barón ……………………………………….................. 96
Optimización de la Captura de Luz en Celdas Solares Orgánicas Median-
te Microrugosidades Superficiales - Soldera, Estrada, Taretto ................ 106
Oxidación de Hidrógeno sobre electrodos de oro - Sustersic, Almeida, Von 
Mengershausen, Esquenoni…………………………………..………............. 113
Plataforma Experimental para el Desarrollo y Evaluación de Sistemas de 
Generación Híbridos Basados en Pilas de Combustible - Talpone, Pules-
ton, More, Griñó, Cendoya……………………………................................. 120
Ponderación de los impactos ambientales generados por la Instalación de 
un Parque Eólico – Gareis, Ferraro…………………................................. 131
Presente y Futuro de la Tecnología de Baterías de ión litio: El proyecto 
de Investigación y Desarrollo de Prototipos para Automóviles Eléctricos 
en UNLP ................................................................................................... 140
Producción de H2 Basada en GDR y Asistida por Red Débil. Topología, 
Operación y Control del Sistema - Camocardi, Toccaceli, Battaiotto, 
Cendoya 
Normas para la Presentación deTrabajos …...…………...…....………...... 158
 Universidad Tecnológica NacionalRevista Tecnología y Ciencia
148
Un proyecto trascendente
 Argentina tiene como política de Estado el desarrollo de una matriz energética diversificada con fuentes reno-
vables de energía, apoyada por leyes que promueven y marcan objetivos a alcanzar en el corto y largo
plazo. Para ello, el país cuenta con innumerables recursos naturales renovables y con una larga
tradición científica e industrial, a la que interpela.
 La continuidad y profundización de estas políticas permite prever la aparición de una creciente de-
manda de profesionales para hacer frente a los desafíos tecnológicos que supone su implementación. 
 La Maestría en Energías Renovables de UTN hoy cuenta entre sus logros el haber convocado
un cuerpo docente de excelencia internacional y el haber sostenido, con beca completa, la
formación de treinta nuevos profesionales en este campo.
Docentes y estudiantes 
 La respuesta que ha suscitado la Maestría desde su creación, en 2010, da cuenta del valor de este proyecto. 
 Los docentes tienen a su cargo el dictado de seminarios específicos y a su vez asumen la dirección 
de los trabajosde tesis de los estudiantes. Entre ellos, los extranjeros representan aproximadamen-
te un tercio, provenientes de RISO, Dinamarca; NTUA, Grecia; Univ. de Illinois, EEUU; INETI, Por-
tugal; ETH, Suiza; TIM, País Vasco. Los dos tercios restantes provienen de prestigiosas Universidades 
Nacionales (UBA, UN La Plata, UN Litoral, UN Neuquén, UN San Luis), de diversas Facultades Re-
gionales de UTN (B. Blanca, Córdoba, Mendoza, Resistencia, Rosario), de Institutos de investigación 
de excelencia (CNEA, INTA –EEA, ICA, EE Colombres-, otras) y de empresas energéticas de peso. 
 El grupo de estudiantes incluyó a investigadores de prestigiosas universidades del país, como UNLP, 
ITBA y UTN. Su participación en la Maestría significó para sus instituciones el fortalecimiento
de las capacidades técnicas y una apertura hacia el campo de las Energías Renovables.
 Resulta significativo, el impacto de la Maestría en las carreras profesionales de los maestran-
dos, que en muchos casos se han reinsertado profesionalmente en ámbitos de gobierno,
investigación e industria de Energías Renovables en todo el país. 
Aportes tecnológicos
 Esta Maestría se constituye así en marco para el intercambio entre científicos nacionales y del exterior, donde 
los conocimientos de unos y otros se re-contextualizan en función de las nuevas perspectivas,
alrededor de los trabajos de tesis. 
 Éstos abordan problemáticas tecnológicas, políticas y económicas relevantes para el desarrollo de las energías 
renovables en el ámbito nacional, como lo son el estudio de materiales y su tipificación para su aprovechamien-
to en la fabricación de generadores; la modelización u optimización de procedimientos tecnológicos, incluyen-
do aspectos logísticos, geográficos y técnicos; estudios de factibilidad económica y tecnológica de generación 
de energía eléctrica a partir de fuentes alternativas (eólica, solar o biomasa), incluyendo la inte-
gración en la red nacional.
 Creada con el apoyo de sectores claves del Gobierno, de la industria y de instituciones 
de investigación y desarrollo de Argentina, y con la colaboración de universidades y 
centros de investigación de primer nivel mundial, la Maestría en Energías Renovables de 
UTN hoy se prepara para recibir a una nueva cohorte, integrando así su segunda edición.
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 4
RTyC – UTN – Hyfusen - 5
 Dentro de las actividades del Congreso, se dictaron nueve (9) cursos introducto-
rios orientados a difundir los últimos conocimientos científicos-académicos so-
bre los temas afines al mismo. Ciento treinta (130) alumnos asistieron a los cur-
sos que se desarrollaron en la Unidad Académica Mar del Plata de la UTN. 
 El Congreso abarcó tres áreas temáticas: “Hidrógeno”, “Fuentes Renovables de
CUARTO CONGRESO NACIONAL 
TERCER CONGRESO IBEROAMERICANO
 HIDRÓGENO Y FUENTES SUSTENTABLES DE ENERGÍA 
HYFUSEN 2011
“Educación, Ciencia y Tecnología: Pilares de una matriz energética sustentable”
 Con el fin de integrar a los sectores de ciencia y tecnología, instituciones del Estado 
y la participación privada en la búsqueda de nuevos horizontes que contribuyan al de-
sarrollo de una matriz energética sustentable, se celebró, entre el 6 y el 11 de junio de 
2011, en la ciudad de Mar del Plata, el Cuarto Congreso Nacional y Tercer Congreso 
Iberoamericano sobre Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía “HYFUSEN 2011”.
 El encuentro fue organizado 
por el Instituto de Energía y De-
sarrollo Sustentable (IEDS) de 
la Comisión Nacional de Ener-
gía Atómica (CNEA), junto al 
rectorado de la Universidad 
Tecnológica Nacional (UTN), 
y la Unidad Académica Mar del 
Plata. Contó con declaraciones
de interés por parte de la Honorable Cámara de Diputados de la Provincia de Bue-
nos Aires, según Declaración Número D/1274/11-1 y de la Municipalidad del
Partido de General Pueyrredón, según Declaración Número R-3116.
 Participaron expertos argenti-
nos y especialistas de Colombia,
México, Canadá, Estados Unidos
de Norteamérica e Italia, quienes
expusieron las novedades en los 
campos de hidrógeno, celdas de
combustible, energía eólica, bio-
masa y biocombustibles, mareo-
motriz y microaprovechamientos
hidroeléctricos.
 HYFUSEN: Una creación del IEDS
En el año 2005 el IEDS decide estable-
cer un punto de reunión periódica con 
el objeto de impulsar la ciencia y la tec-
nología de las fuentes sustentables de 
energía. Nace el HYFUSEN.
 Universidad Tecnológica NacionalRevista Tecnología y Ciencia
Energía” y “Transición hacia 
Nuevas Fuentes Energéticas”. 
Se presentaron doscientos se-
senta (260) trabajos científi-
cos, veintidós (22) conferen-
cias y tuvieron lugar cinco (5)
paneles de debate en tópicos
de actualidad. 
 Entre otros temas, la reu-
nión tuvo por eje la eficiencia 
energética, la interconexión 
de energías alternativas a la 
red eléctrica, la generación 
eléctrica en forma distribuida 
y la producción, transporte y 
almacenamiento de hidróge-
no. El debate se extendió 
también al análisis de las
acciones de ciencia y tecnolo-
gía de interés asociadas a la
nueva ley de promoción de hidrógeno. 
 Cabe destacar que los trabajos científicos tuvieron tres formas de distribución:
A) Actas del Congreso, que junto a material de interés para los asistentes, fue-
ron publicadas en el CD-Rom HYFUSEN 2011, ISBN: 978-987-1323-23-4
B) Publicación del Número especial de la revista Tecnología y Cien-
cia de la Universidad Tecnológica Nacional, que se presenta en esta edición. 
C) Publicación en un Número especial de la revista Internacional Jour-
nal of Hydrogen Energy, editado por Elsevier que se encuentra en imprenta
 HYFUSEN 2011 contó con el patrocinio y auspicio del Consejo Nacional de In-
vestigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), la Agencia Nacional de Pro-
moción Científica y Tecnológica (ANPCyT) del Ministerio de Ciencia, Tecnolo-
gía e Innovación Productiva, la International Association of Hydrogen Energy, 
la Facultad de Ingeniería de la Universidad FASTA, Mar del Plata y el Comi-
sión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (CIC).
OBJETIVOS DEL CONGRESO
Brindar un ámbito propicio para debatir y 
profundizar en los principios y conceptos 
fundamentales y en el desarrollo científico y 
tecnológico asociado a la producción y utili-
zación del hidrógeno, como vector de energía, 
de una manera confiable, segura y económi-
camente competitiva.
Presentar las investigaciones y los estudios 
que -en el campo de las fuentes renovables de 
energía- pueden aplicarse en pequeña escala 
a núcleos aislados, a la atención de pequeñas 
demandas dispersas o a combinaciones con 
fuentes tradicionales, al uso en generación 
distribuida y a otras aplicaciones.
Promover estudios e investigaciones asocia-
dos al uso de combustibles alternativos, en 
particular combustibles híbridos y biocom-
bustibles.
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 6
Un proyecto trascendente
 Argentina tiene como política de Estado el desarrollo de una matriz energética diversificada con fuentes reno-
vables de energía, apoyada por leyes que promueven y marcan objetivos a alcanzar en el corto y largo
plazo. Para ello, el país cuenta con innumerables recursos naturales renovables y con una larga
tradición científica e industrial, a la que interpela.
 La continuidad y profundización de estas políticas permite prever la aparición de una creciente de-
manda de profesionales para hacer frente a los desafíos tecnológicos que supone su implementación. 
 La Maestría en Energías Renovables de UTN hoy cuenta entre sus logros el haber convocado
un cuerpo docente de excelencia internacional y el haber sostenido, con beca completa, la
formación de treinta nuevos profesionales en este campo.
Docentes y estudiantes 
 La respuesta que ha suscitado la Maestría desde su creación, en 2010, da cuenta del valor de este proyecto. 
 Los docentes tienena su cargo el dictado de seminarios específicos y a su vez asumen la dirección 
de los trabajos de tesis de los estudiantes. Entre ellos, los extranjeros representan aproximadamen-
te un tercio, provenientes de RISO, Dinamarca; NTUA, Grecia; Univ. de Illinois, EEUU; INETI, Por-
tugal; ETH, Suiza; TIM, País Vasco. Los dos tercios restantes provienen de prestigiosas Universidades 
Nacionales (UBA, UN La Plata, UN Litoral, UN Neuquén, UN San Luis), de diversas Facultades Re-
gionales de UTN (B. Blanca, Córdoba, Mendoza, Resistencia, Rosario), de Institutos de investigación 
de excelencia (CNEA, INTA –EEA, ICA, EE Colombres-, otras) y de empresas energéticas de peso. 
 El grupo de estudiantes incluyó a investigadores de prestigiosas universidades del país, como UNLP, 
ITBA y UTN. Su participación en la Maestría significó para sus instituciones el fortalecimiento
de las capacidades técnicas y una apertura hacia el campo de las Energías Renovables.
 Resulta significativo, el impacto de la Maestría en las carreras profesionales de los maestran-
dos, que en muchos casos se han reinsertado profesionalmente en ámbitos de gobierno,
investigación e industria de Energías Renovables en todo el país. 
Aportes tecnológicos
 Esta Maestría se constituye así en marco para el intercambio entre científicos nacionales y del exterior, donde 
los conocimientos de unos y otros se re-contextualizan en función de las nuevas perspectivas,
alrededor de los trabajos de tesis. 
 Éstos abordan problemáticas tecnológicas, políticas y económicas relevantes para el desarrollo de las energías 
renovables en el ámbito nacional, como lo son el estudio de materiales y su tipificación para su aprovechamien-
to en la fabricación de generadores; la modelización u optimización de procedimientos tecnológicos, incluyen-
do aspectos logísticos, geográficos y técnicos; estudios de factibilidad económica y tecnológica de generación 
de energía eléctrica a partir de fuentes alternativas (eólica, solar o biomasa), incluyendo la inte-
gración en la red nacional.
 Creada con el apoyo de sectores claves del Gobierno, de la industria y de instituciones 
de investigación y desarrollo de Argentina, y con la colaboración de universidades y 
centros de investigación de primer nivel mundial, la Maestría en Energías Renovables de 
UTN hoy se prepara para recibir a una nueva cohorte, integrando así su segunda edición.
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 4
RTyC – UTN – Hyfusen - 5
 Dentro de las actividades del Congreso, se dictaron nueve (9) cursos introducto-
rios orientados a difundir los últimos conocimientos científicos-académicos so-
bre los temas afines al mismo. Ciento treinta (130) alumnos asistieron a los cur-
sos que se desarrollaron en la Unidad Académica Mar del Plata de la UTN. 
 El Congreso abarcó tres áreas temáticas: “Hidrógeno”, “Fuentes Renovables de
CUARTO CONGRESO NACIONAL 
TERCER CONGRESO IBEROAMERICANO
 HIDRÓGENO Y FUENTES SUSTENTABLES DE ENERGÍA 
HYFUSEN 2011
“Educación, Ciencia y Tecnología: Pilares de una matriz energética sustentable”
 Con el fin de integrar a los sectores de ciencia y tecnología, instituciones del Estado 
y la participación privada en la búsqueda de nuevos horizontes que contribuyan al de-
sarrollo de una matriz energética sustentable, se celebró, entre el 6 y el 11 de junio de 
2011, en la ciudad de Mar del Plata, el Cuarto Congreso Nacional y Tercer Congreso 
Iberoamericano sobre Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía “HYFUSEN 2011”.
 El encuentro fue organizado 
por el Instituto de Energía y De-
sarrollo Sustentable (IEDS) de 
la Comisión Nacional de Ener-
gía Atómica (CNEA), junto al 
rectorado de la Universidad 
Tecnológica Nacional (UTN), 
y la Unidad Académica Mar del 
Plata. Contó con declaraciones
de interés por parte de la Honorable Cámara de Diputados de la Provincia de Bue-
nos Aires, según Declaración Número D/1274/11-1 y de la Municipalidad del
Partido de General Pueyrredón, según Declaración Número R-3116.
 Participaron expertos argenti-
nos y especialistas de Colombia,
México, Canadá, Estados Unidos
de Norteamérica e Italia, quienes
expusieron las novedades en los 
campos de hidrógeno, celdas de
combustible, energía eólica, bio-
masa y biocombustibles, mareo-
motriz y microaprovechamientos
hidroeléctricos.
 HYFUSEN: Una creación del IEDS
En el año 2005 el IEDS decide estable-
cer un punto de reunión periódica con 
el objeto de impulsar la ciencia y la tec-
nología de las fuentes sustentables de 
energía. Nace el HYFUSEN.
 Universidad Tecnológica NacionalRevista Tecnología y Ciencia
Energía” y “Transición hacia 
Nuevas Fuentes Energéticas”. 
Se presentaron doscientos se-
senta (260) trabajos científi-
cos, veintidós (22) conferen-
cias y tuvieron lugar cinco (5)
paneles de debate en tópicos
de actualidad. 
 Entre otros temas, la reu-
nión tuvo por eje la eficiencia 
energética, la interconexión 
de energías alternativas a la 
red eléctrica, la generación 
eléctrica en forma distribuida 
y la producción, transporte y 
almacenamiento de hidróge-
no. El debate se extendió 
también al análisis de las
acciones de ciencia y tecnolo-
gía de interés asociadas a la
nueva ley de promoción de hidrógeno. 
 Cabe destacar que los trabajos científicos tuvieron tres formas de distribución:
A) Actas del Congreso, que junto a material de interés para los asistentes, fue-
ron publicadas en el CD-Rom HYFUSEN 2011, ISBN: 978-987-1323-23-4
B) Publicación del Número especial de la revista Tecnología y Cien-
cia de la Universidad Tecnológica Nacional, que se presenta en esta edición. 
C) Publicación en un Número especial de la revista Internacional Jour-
nal of Hydrogen Energy, editado por Elsevier que se encuentra en imprenta
 HYFUSEN 2011 contó con el patrocinio y auspicio del Consejo Nacional de In-
vestigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), la Agencia Nacional de Pro-
moción Científica y Tecnológica (ANPCyT) del Ministerio de Ciencia, Tecnolo-
gía e Innovación Productiva, la International Association of Hydrogen Energy, 
la Facultad de Ingeniería de la Universidad FASTA, Mar del Plata y el Comi-
sión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (CIC).
OBJETIVOS DEL CONGRESO
Brindar un ámbito propicio para debatir y 
profundizar en los principios y conceptos 
fundamentales y en el desarrollo científico y 
tecnológico asociado a la producción y utili-
zación del hidrógeno, como vector de energía, 
de una manera confiable, segura y económi-
camente competitiva.
Presentar las investigaciones y los estudios 
que -en el campo de las fuentes renovables de 
energía- pueden aplicarse en pequeña escala 
a núcleos aislados, a la atención de pequeñas 
demandas dispersas o a combinaciones con 
fuentes tradicionales, al uso en generación 
distribuida y a otras aplicaciones.
Promover estudios e investigaciones asocia-
dos al uso de combustibles alternativos, en 
particular combustibles híbridos y biocom-
bustibles.
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 6
 
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
Comportamiento Electroquímico de Electrodos…, Ortiz et al. RTyC – UTN – Hyfusen - 7
INTRODUCCION
 En las últimas décadas se observaron importantes desarrollos en lo que a baterías alcalinas se refiere, 
intentando satisfacer las demandas producidas por las innovaciones tecnológicas, abarcando su utilización 
desde aparatos portátiles hasta aplicaciones aeronáuticas y espaciales o el vehículo eléctrico (Casa-Cabanas et 
al., 2004).
 Dentro de las baterías alcalinas: Ni-Cd, Ni-Fe, Ni-Zn, Ni-H y Ni-MH, el electrodo positivo tiene como 
material activo hidróxido de níquel. El almacenamiento electroquímico de energía en dicho material se basa en 
las características reversibles de la reacción de óxido-reducción: hidróxido/oxhidróxido de níquel. La rever-
sibilidad de este proceso es un factor de importanciaen el desempeño del hidróxido de níquel como material 
activo en los electrodos positivos. Otra característica a tener en cuenta es la baja conductividad que tiene el 
hidróxido de níquel por ser un material semiconductor. En este sentido para mejorar su funcionamiento se 
agregan aditivos tales como C, Ni, Co, Ca (Wen-Hua Zhu et al., 1995; Cheng Shao-an et al., 2001; Xianyou 
Comportamiento Electroquímico de Electrodos de 
Hidróxido de Níquel con Cobalto Metálico
Mariela G. Ortiz (1) (2), Elida B. Castro(1) y Silvia G. Real (1)
(1) Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA), Facultad de Ciencias Exactas, 
Universidad Nacional de La Plata, C.C.16, Suc. 4, 1900, La Plata, Argentina,
(2) Facultad Regional La Plata, Universidad Tecnológica Nacional, Calle 60 y 124, La Plata, Argentina.
mortiz@inifta.unlp.edu.ar
 Resumen - En este trabajo se presentan los estudios realizados con diferentes electrodos porosos de hidróxido de 
níquel conteniendo distintas concentraciones de cobalto como aditivo (2-10%), politetrafluoretileno (PTFE) como ma-
terial aglomerante, y preparados por impregnación química sobre un sustrato de esponja de níquel. La caracterización 
de los distintos electrodos se efectúa empleando técnicas ópticas, como microscopía electrónica de barrido (SEM), 
espectroscopía de rayos X dispersiva en energía (EDAX) y técnicas electroquímicas, como voltamperometría cíclica, 
curvas de caga-descarga y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE). El conjunto de los resultados indica que 
la concentración de 5 % de Co metálico mejora el comportamiento electroquímico del material activo.
Palabras Claves: cátodo de baterías alcalinas, hidróxido de níquel, cobalto metálico, electrodos porosos
Electrochemical Behavior of Metallic Cobalt- Nickel Hydroxide Electrode 
 Abstract - In this paper, the study of nickel hydroxide porous electrodes containing different concentrations of cobalt 
as additive (2-10%), polytetrafluoroethylene (PTFE) as binder material and prepared by chemical impregnation on 
nickel sintered substrate, are presented. The characterization of the different electrodes is performed using optical tech-
niques such as scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDAX) and electrochemical 
techniques as cyclic voltammetry, charge-discharge curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The 
results indicate that the concentration of 5% metallic Co improves the electrochemical behavior of the active material.
Keys words: cathode in alkaline batteries, nickel hydroxide, metallic cobalt, porous electrodes
Wang et al., 2004; Nathira Begum et al., 2009). 
 En este trabajo se presenta la caracterización de electrodos de hidróxido de níquel construidos sobre un 
sustrato de esponja de níquel. El material activo consiste en Ni(OH)2 Aldrich y diferentes concentraciones de 
Co metálico (2%, 5% y 10%), conteniendo 23% de PTFE como material aglomerante (Cheng Shao-an et al., 
2001).
 Estos materiales de electrodos fueron caracterizados empleando técnicas ópticas (SEM y EDAX); y elec-
troquímicas como voltamperometría cíclica, curvas de carga-descarga y espectroscopía de impedancia elec-
troquímica. Mediante el ajuste de los datos experimentales de EIE en términos de un modelo fisicoquímico 
desarrollado en el laboratorio, pueden identificarse parámetros cinéticos y estructurales en función del estado 
de descarga (SOD) del electrodo, los cuales permiten identificar el electrodo de mejor comportamiento elec-
troquímico. 
EXPERIMENTAL
Preparación de los electrodos
 Los electrodos de trabajo utilizados para los experimentos se prepararon sobre un sustrato de esponja 
de níquel en el que se deposita químicamente el material activo de composición: Ni(OH)2 Aldrich conteniendo 
23% de PTFE y diferentes concentraciones de Co metálico: electrodo A: 2%, electrodo B: 5% y electrodo C: 
10%. Todos se prepararon aplicando una presión de 200 Kg/cm2. 
Caracterización empleando técnicas ópticas
 Las imágenes de SEM fueron obtenidas utilizando un microscopio electrónico de barrido marca Philips 
modelo SEM 505 con un digitalizador de imagen Soft Imaging System ADDA II. 
 Los ensayos de EDAX fueron realizados utilizando un microscopio marca FEI modelo Quanta 200 
ESEM. Este instrumento cuenta con un sistema de análisis de rayos X marca EDAX modelo Apollo 40.
Caracterización electroquímica
 En los experimentos electroquímicos se utilizó una celda electroquímica de tres compartimientos su-
mergidos en solución 7M KOH a 30ºC. Se empleó como contra-electrodo una malla de níquel de gran área 
específica y como electrodo de referencia el electrodo de Hg/HgO.
 Las curvas de carga-descarga, a distintas densidades de corriente, y voltamperometría cíclica, con lí-
mites anódico y catódico a potenciales preseleccionados (entre 0,05V y 0,7V) y una velocidad de barrido de 
50 mV/s, se realizaron utilizando un equipo Arbin modelo BT2000.
 Las mediciones de EIE se realizaron en diferentes estados de descarga y a un potencial de circuito 
abierto. Para ello se utilizó un analizador de respuesta en frecuencia marca Solartron1250, acoplado a un po-
tenciostato EG&G modelo PAR273. Las medidas fueron realizadas en el alcance de frecuencias de 3,15mHz 
≤ f ≤ 65kHz, con una señal de perturbación sinusoidal de pequeña amplitud (5mV) a fin de asegurar un estado 
de descarga constante.
RESULTADOS Y DISCUSION
Técnicas ópticas
Resultados de SEM
 Para evaluar la morfología superficial del material en los electrodos de trabajo se utilizó la técnica SEM; 
observándose con una magnificación de 500X la morfología de: el electrodo A (Fig. 1(a)), el electrodo (Fig. 1(b)) 
y el electrodo C (Fig. 1(c)). 
 En las micrografías se observa que los electrodos A y C presentan una morfología superficial compacta, 
a diferencia del electrodo B; cuya morfología superficial se puede visualizar como una estructura de mayor 
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
Comportamiento Electroquímico de Electrodos…, Ortiz et al.RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 8
porosidad, de aspecto esponjoso, en la que quedan mejor definidos los huecos o poros presentes.
Resultados de EDAX
 El análisis de rayos X, realizado por la técnica EDAX, es una herramienta que se utilizó para identificar 
la distribución de cobalto en el material activo. Las Figs. 2(b)-4(b) muestran los resultados de EDAX para los 
electrodos A, B y C respectivamente. Las Fig. 2(a)-4(a) corresponden a las imágenes de las regiones analizadas 
por EDAX para cada electrodo con magnificación de 500X. 
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Comportamiento Electroquímico de Electrodos…, Ortiz et al.
(a) (b) (c)
 Dependiendo de la concentración de Co se observaron diferencias en la distribución del mismo.
Los resultados correspondientes a los electrodos A y B exhiben que el cobalto se presenta más 
uniformemente distribuido cuando se lo compara con el electrodo C. Para dicho electrodo se distinguen zonas 
de mayor concentración de cobalto.
Fig. 1 - (a) Electrodo A, (b) electrodo B y (c) electrodo C
Fig. 2 - Electrodo A Fig. 3 - Electrodo B
RTyC – UTN – Hyfusen - 9
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
Técnicas electroquímicas
Voltamperometría cíclica
 La Fig. 5 muestra los voltamperogramas estabilizados obtenidos para los tres electrodos luego de 
30 ciclos y a una velocidad de barrido de 50 mV/s. En ellos se observan los picos asociados a los procesos 
de oxidación-reducción del par Ni(OH)2/NiOOH cuando se produce la carga-descarga del material activo.
 Los resultados voltamperométricos evidencian que el electrodo B muestra mejor reversibilidad de los 
picos y una marcada disminución de los sobrepotenciales asociados tanto al proceso de oxidación-reducción 
como al de evolución de oxigeno.
Fig. 4 - Electrodo C
50
40
30
20
10
0
-10-20
I/
m
A
Electrodo A
Electrodo B
Electrodo C
100 200 300 400 500 600 700
E vs. Hg/HgO (mV)
Fig. 5 - Voltamperograma de electrodos A, B y C
Curvas de descarga
 La Fig. 6 muestra la evolución de la capacidad de descarga de cada electrodo realizadas a 1mA, los que 
previamente fueron cargados hasta su capacidad máxima. Se observa para el electrodo B un incremento en su 
capacidad de descarga frente a los valores que presentan los restantes electrodos (A y C).
Comportamiento Electroquímico de Electrodos…, Ortiz et al.RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 10
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
Fig. 6 - Curvas de descarga de electrodos A, B y C
Espectroscopía de impedancia electroquímica
Modelo teórico
 El electrodo de trabajo es modelado como una estructura porosa inundada, conformada por par-
tículas cuasi-esféricas de material activo, de radio promedio ra. Los procesos de carga/descarga que tienen 
lugar en la interfase material activo/electrolito, son modelados como dos procesos en serie: el proceso de 
transferencia de carga y el proceso difusional asociado al transporte de protones en las partículas de material 
activo (De Levie, 1967; Motupally et al., 1995; Meyers et al., 2000). 
 La función impedancia de un sistema con estructura porosa, Zp, puede expresarse como (Meyers, et 
al., 2000):
siendo: 
donde L es el espesor del electrodo, Agt el área geométrica, k la conductividad efectiva del electrolito y Zi la 
impedancia de la interfase material activo/electrolito por unidad de volumen (Ω cm3). 
 La impedancia de la interfase sólido/líquido Zi está asociada a la conexión en paralelo de la impedancia 
de la doble capa eléctrica (Zdc) y a la impedancia faradaica (ZF) .
RTyC – UTN – Hyfusen - 11
0,60
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
E 
/ V
Electrodo A
Electrodo B
Electrodo C
0 4000 8000 12000
2000 6000 10000
T / seg
(1)
siendo:
(3)
(2)
j=√-1, Cdc la capacidad de la doble capa eléctrica por unidad de área interfacial (Cdc≈5x10-5F cm
-2), ae el área 
interfacial por unidad de volumen (cm-1) y ω = 2πf (f, frecuencia de la señal de perturbación, en Hz).
Comportamiento Electroquímico de Electrodos…, Ortiz et al.
1/2
1/21
iL Zk
ν − =  
 
1
tanhp gt
LZ
A k ν ν
 =  
 
1 1 1
i dc FZ Z Z
− − −= +
1
dc
dc e
Z
j C aω
=
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
donde Zf es la impedancia faradaica por unidad de área interfacial (Ω cm
2) y aa es el área activa por 
unidad de volumen (cm -1).
 La expresión de Zf se derivó considerando al material activo como una solución sólida de NiOOH cuya 
composición varía durante los procesos de carga/descarga debido a la inserción de protones (Motupally et al., 
1995). La corriente asociada al proceso faradaico es función del sobrepotencial η y de la concentración frac-
cionaria de protones Xs en la interfase material activo/electrolito, interfase electroquímica. 
 La densidad de corriente faradaica puede expresarse como (Delahay, 1967): 
(4)
(5)
donde Xref es la concentración fraccionaria de átomos de protones en el estado de referencia, Xref=0.5, la 
densidad de corriente de intercambio en el estado arbitrario de referencia, Xref=0.5 (SOC=0.5), ; E
el potencial en la interfase electroquímica y el potencial de equilibrio al estado de referencia.
 La impedancia Zf puede derivarse de la ecuación (3) a partir de una expansión en serie de Taylor seguida 
de linealización y transformación en términos de la transformada de Fourier (Delahay, 1967; Motupally et al., 
1995; Castro et al., 2010):
(6)
siendo M(ω) la función de transferencia de materia asociada a la difusión de protones en las partículas esféri-
cas de material activo (Jacobson et al., 1995). Esta función se deriva a partir de resolver las leyes de Fick para 
geometría esférica con las condiciones de contorno:
siendo JH el flujo de protones en las partículas de material activo:
(7)
D es el coeficiente de difusión de protones.
(8)
donde: ioNi es la densidad de corriente de intercambio del electrodo de níquel para el estado de carga (SOC) 
correspondiente a la medida de EIE realizada.
Comportamiento Electroquímico de Electrodos…, Ortiz et al.
( )
( )2 1f
RTM j
Z RT
F X X
ω
= −
−
r=ra, FJH=i
r=0, JH=0
( ) ( )
1
1 coth
a
Ni
máx
a
rM
c D
jr
D
ω
ψ ψ
ωψ
=
−
=
01 Ni
T
i F
R RT
=
f
F
a
Z
Z
a
=
0 1exp exp
1
s a s c
ref
ref ref
X F X Fi i
X RT X RT
α η α η −   = −     −    
0
refi
η=E- eqrefE
eq
refE
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 12
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
X= (1 – SOC)Ni.
 Las ecuaciones (1-7) permiten calcular la impedancia total del electrodo (ZP) y si se la compara con los 
registros obtenidos en los espectros experimentales de impedancia se pueden identificar parámetros caracterís-
ticos del sistema en estudio.
Resultados experimentales
 Los resultados obtenidos por la técnica EIE se muestran en los diagramas de Nyquist de las Fig. 7,
8 y 9 para diferentes estados de descarga. Estos diagramas exhiben los espectros experimentales comparados 
con los simulados, de acuerdo al modelo fisicoquímico descrito en función del SOD.
 En todos los casos se observa un aumento en los valores de impedancia al aumentar el estado de descarga 
y una buena concordancia entre los resultados experimentales y los teóricos.
RTyC – UTN – Hyfusen - 13
Z 
/ o
hm
0
-5
-10
-15
-20
Z / ohm
0 5 10 15 20
40% SOD
 Experimental
 Teórico
0
-5
-10
-15
Z 
/ o
hm
Z / ohm
0 5 10 15
20% SOD
 Experimental
 Teórico
Fig. 7 - Diagramas de Nyquist del electrodo A
 Del ajuste de los resultados de acuerdo al modelo que se menciona pueden estimarse parámetros ciné-
ticos y estructurales que gobiernan el comportamiento electroquímico del sistema. Los valores obtenidos se 
muestran en las Tablas 1, 2 y 3.
 Se observa que la capacidad eléctrica asociada a la carga de la doble capa (capacidad eléctrica interfacial 
por unidad de volumen, Cdl) en cada electrodo disminuye al aumentar el SOD. Este parámetro presenta valores 
superiores para el electrodo C; consecuentemente mayor área interfacial por unidad de volumen (ae). 
 Los valores de k, factor en el que influye la porosidad del electrodo, son inferiores en el electrodo A y C, 
por lo tanto se puede decir que en el electrodo B la porosidad es mayor.
20% SOD
 Experimental
 Teórico
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
Z 
/ o
hm
Z / ohm
0 2 4 6 8 10 12 14
40% SOD
 Experimental
 Teórico
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
Z 
/ o
hm
Z / ohm
0 2 4 6 8 10 12 14
Fig. 8 - Diagramas de Nyquist del Electrodo B
Comportamiento Electroquímico de Electrodos…, Ortiz et al.
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Fig. 9 - Diagramas de Nyquist del Electrodo C
 Cada electrodo presenta valores constantes para distintos SOD de la densidad de corriente de intercam-
bio (io), parámetro que es mayor para el electrodo B.
0
-5
-10
-15
Z 
/ o
hm
Z / ohm
0 5 10 15
20% SOD
 Experimental
 Teórico
0
-5
-10
-15
Z 
/ o
hm
Z / ohm
0 5 10 15
40% SOD
 Experimental
 Teórico
SOD Cdl[F] k[Ω-1cm-1] ae(cm
-1) D[cm2/s] ioNi [Acm
-2]
0,2 0,5 0,003 10 x103 1,5 x10-13 4,0 x10-5
0,4 0,4 0,002 8.2 x103 3,0 x10-13 5,0 x10-5
Tabla 1 - Parámetros del Electrodo A
SOD Cdl[F] k[Ω-1cm-1] ae(cm
-1) D[cm2/s] ioNi [Acm
-2]
0,2 0,8 0,045 16,2 x103 1,3 x10-13 1,0 x10-4
0,4 0,6 0,040 12,4 x103 1,4 x10-13 1,4 x10-4
Tabla 2 - Parámetros del Electrodo B
SOD Cdl[F] k[Ω-1cm-1] ae(cm
-1) D[cm2/s] ioNi [Acm
-2]
0,2 3,1 0,008 62,4 x103 6,2 x10-13 8,0 x10-6
0,4 1,6 0,009 31,8 x103 3,0 x10-13 9,0 x10-6
Tabla 3 - Parámetrosdel Electrodo C
CONCLUSIONES
 El análisis de los resultados permite concluir que el agregado de 5% Co metálico como aditivo a los 
electrodos de Ni(OH)2 mejora la distribución de Co en el material activo y aumenta en un orden la densidad de 
corriente de intercambio. Estos hechos permiten el aumento de la capacidad de descarga, la mejora de la rever-
sibilidad y la disminución de los sobrepotenciales asociados tanto al proceso de oxidación- reducción como al 
de evolución de oxígeno. Por tanto esta concentración permite mejorar el comportamiento electroquímico en 
el funcionamiento de los electrodos.
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AGRADECIMENTOS
 Este trabajo ha sido financiado por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANP-
CyT), CONICET y UTN.
REFERENCIAS
 De Levie in “Advances in electrochemistry ad electrochemistry engineering”, NY: Interscience; Delahay P, editor, 
6, 329-361, (1967).
 Delahay (Ed.), Interscience N.Y., 6, (1967).
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electrodes with various additives”, J. Power Sources, 55, 75-79, (1995).
 Jacobson and West, “Diffusion Impedance in Planar, Cylindrical and Spherical Symmetry”, Electrochimica Acta, 
40, 255-262, (1995).
 Motupally, Streinz, Weidner, “Proton Diffusion in Nickel-Hydroxide Films - Measurement of the Diffusion Coe-
fficient as a Function of State of Charge”, J. Electrochem. Soc, 142, 1401-1408, (1995).
 Meyers, Doyle, Darling, Newman, “The Impedance Response of a Porous Electrode Composed of Intercalation 
Particles”, J. Electrochem. Soc., 147, 2930-2940, (2000).
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electrode using surface modified Ni(OH)2 powder as active material”, J. Power Sources, 101, 248-252, (2001).
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performance of industrial positive active materials in nickel batteries”, J. Power Sources, 134, 298-307, (2004).
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hydroxide electrode modified by electroless cobalt coating”, Int. J. Hydrogen Energy, 29, 967-972, (2004).
 Nathira Begum, Muralidharan, Ahmed Basha, “The influences of some additives on electrochemical behaviour of 
nickel electrodes “, Int. J. Hydrogen Energy, 34, 1548-1555, (2009).
 Castro, Cuscueta, Milocco, Ghilarducci, Salva, “An EIS based study of a Ni–MH battery prototype. Modeling and 
identification analysis”, Int. J. Hydrogen Energy, 35, 5991-5998, (2010).
Comportamiento Electroquímico de Electrodos…, Ortiz et al. RTyC – UTN – Hyfusen - 15
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
INTRODUCCIÓN
 El desempeño de un electrodo de hidruro metálico durante la operación de una batería depende de la 
velocidad con que tienen lugar los procesos de transporte de materia, carga y la transferencia de carga aso-
ciada al proceso electroquímico de hidruración. Por tal motivo, el conocimiento de parámetros cinéticos y de 
transporte, como la densidad de corriente de intercambio (io) y el coeficiente de difusión de hidrógeno (DH), es 
esencial para el diseño de nuevos materiales de electrodo. En la literatura no existe abundancia de parámetros 
Diseño de Electrodos de Partícula Única…, Castro et al.
Diseño de Electrodos de Partícula Única para la
 Determinación de Parámetros Cinéticos Electroquímicos 
en Aleaciones Almacenadoras de Hidrógeno
Castro, E. B. (1), Thomas J.E. (1), Humana R.M. (1), Real S. G. (1), Milocco, R. H.(2) y Visintin A.(1)
(1) Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA), Facultad de Ciencias Exactas, UNLP, CCT La Plata-
CONICET, C.C. 16, Suc. 4, calle 64 y diagonal 113, CP 1900, La Plata, Argentina. bcastro@inifta.unlp.edu.ar
(2) Grupo Control Automático y Sistemas (GCAyS), Depto. Electrotecnia, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Comahue, 
Buenos Aires 1400, 8300, Neuquén, Argentina
 Resumen - En la literatura existe poca información de los parámetros electroquímicos, cinéticos y de transporte de 
aleaciones formadoras de hidruros metálicos, presentándose además una dispersión muy grande entre los valores publi-
cados. Estas discrepancias se deben a que en la mayoría de los casos se trabaja con la aleación pulverizada, soportada 
dentro de una matriz porosa como carbón y con aditivos aglomerantes como PTFE. Esta forma de trabajar tiene como 
principal inconveniente para la identificación de parámetros cinéticos la incerteza en el valor del área activa específica, 
donde tiene lugar el proceso de hidruración. A fin de superar los inconvenientes descriptos, se diseñó un nuevo tipo 
de electrodo a partir de una única partícula de aleación formadora de hidruro, del tipo AB5 y AB2 de composiciones 
LmNi4.1Co0.4Mn0.4Al0.5 y Zr0.9Ti0.1NiMn0.5Cr0.25V0.25 respectivamente. Los datos obtenidos a partir de medidas de impe-
dancia electroquímica fueron ajustados en términos de un modelo fisicoquímico que tiene en cuenta los procesos de evo-
lución/absorción de hidrógeno, acoplados a la difusión de hidrógeno. A partir del estudio puede concluirse que las dife-
rencias en el comportamiento de la aleación AB5 respecto a la AB2, presentando la primera un mejor desempeño durante 
la activación y en la operación a altas corrientes de descarga, se deben principalmente a los mayores valores de los pará-
metros densidad de corriente de intercambio (io) y coeficiente de difusión de H (DH) correspondientes a dicha aleación.
Palabras Claves: Hidrógeno, hidruro metálico, propiedades electroquímicas
Design of Single Particle Electrodes for the determination of 
electrochemical Kinetic Parameters on Hydrogen Storage Alloys. 
 Abstract - In the literature there is a large discrepancy between reported values of electrochemical, kinetic and transport 
parameters of hydrogen storage alloys. These discrepancies arise, because in most cases electrodes are prepared with the 
powdered alloy supported within a porous matrix, constituted by carbon and additive binders such as PTFE. The main 
drawback of this preparation technique, for the identification of kinetic parameters, is the uncertainty in the specific active 
area value, where the hydrogen evolution and absorption processes take place. To overcome the disadvantages described, 
a new type of electrode was designed, using a single particle of AB5 and AB2 forming alloys, of LmNi4.1Co0.4Mn0.4Al0.5 and 
Zr0.9Ti0.1NiMn0.5Cr0.25V0.25 composition respectively. The data obtained from electro-chemical impedance measurements 
were adjusted in terms of a physicochemical model that takes into account the processes of hydrogen evolution and ab-
sorption, coupled to hydrogen diffusion. From the study it can be concluded that the differences in the behavior of the AB5 
and AB2 alloys, presenting the first best performance during the activation and operation at high discharge currents, are 
mainly due to higher values of the exchange current density (io) and the diffusion coefficient of H (DH) for the AB5 alloy.
Key Words: Hydrogen, Metal hydride, Kinetic Study
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 16
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
asociados al proceso de hidruración electroquímico, presentándose además una gran dispersión. En muchos 
casos se trabaja con la aleación pulverizada, soportada dentro de una matriz porosa como carbón, esponjas de 
níquel o cobre en polvo y a la cual, para mantener su estabilidad con el ciclado, se le agregan aditivos aglome-
rantes como el PTFE. Esta forma de trabajar suele traer varios inconvenientes, como la difícilreproducibilidad, 
siendo además muy difícil acceder al verdadero valor del área activa específica. En este caso debe estimarse 
este parámetro recurriendo a distintas suposiciones simplificatorias, como es la de suponer partículas de alea-
ción esféricas y de un radio promedio. Estas condiciones dan como resultado una variabilidad muy grande 
entre los valores publicados en diferentes trabajos (Kleperis et al., 2001). En trabajos más actuales se utilizaron 
microelectrodos de una sola partícula adherida a una fibra de carbón, pero al igual que en otros casos, se deben 
considerar como partículas esféricas de superficie uniforme y resulta imprescindible el uso de un micro posi-
cionador (Lundqvist et al., 1998).
 El objetivo de este trabajo fue utilizar un electrodo diseñado en el laboratorio a partir de una única par-
tícula, con una superficie de área geométrica definida del orden de 1x10-3 cm2, utilizando aleaciones AB5 y 
AB2 de composiciones LmNi4.1Co0.4Mn0.4 , Al0.5 y Zr0.9Ti0.1NiMn0.5Cr0.25V0.25, respectivamente, a fin de estudiar los 
parámetros cinéticos de proceso de hidruración/evolución de hidrógeno.
 Para la identificación paramétrica se ajustaron resultados de espectroscopía de impedancia electroquí-
mica (EIE) en términos de un modelo fisicoquímico basado en la teoría clásica de electrodos porosos y con-
siderando el mecanismo de evolución/absorción de hidrógeno que tiene lugar en la interfase electroquímica 
asociada al área activa específica (aa).
EXPERIMENTAL
 Como material de estudio se utilizaron aleaciones del tipo AB5 y AB2, de composiciones 
L m N i 4 . 1C o 0 . 4M n 0 . 4A l 0 . 5 y Z r 0 . 9T i 0 . 1 , N i M n 0 . 5 C r 0 . 2 5 V 0 . 2 5 , r e s p e c t i v a m e n t e .
 Los electrodos fueron construidos utilizando puntas descartables de micropipetas como soporte, dentro 
de las cuales se inserta una sola partícula de aleación de un diámetro menor a 1mm. Como contacto eléctrico se 
utilizó un alambre de Ni. El conjunto se mantiene cerrado por medio de un soporte de Teflón roscado que com-
pacta el resorte interno (contacto eléctrico). La Fig. 1 muestra un esquema del dispositivo. Luego las puntas 
descartables se cargaron con una resina epoxídica líquida. Una vez fraguada la resina se desbastan los extremos 
de las puntas descartables hasta hacer contacto con la aleación, dejando expuesta un área del orden de 1x10-3 
cm2. Los electrodos son luego pulidos hasta espejo con alúmina y lavados con agua destilada. Por último, los 
electrodos fueron caracterizados por SEM para comprobar el tipo de superficie obtenida. 
Diseño de Electrodos de Partícula Única…, Castro et al.
Contacto eléctrico
Resorte
Contacto de Níquel
Soporte de
Teflón
Tapón roscado
de Teflón
Punta descartable
con la partícula
Fig. 1 - Esquema del electrodo y el soporte
 Las medidas electroquímicas se llevaron a cabo en una celda de tres electrodos, donde se utili-
zó un contraelectrodo de NiOOH y un electrodo de referencia de Hg/HgO. Como electrolito se uti-
lizó una solución 6 M de KOH previamente desaireada con burbujeo de N2 y con flujo de N2 en superfi-
RTyC – UTN – Hyfusen - 17
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
cie durante los experimentos. Todas las medidas se realizaron a una temperatura controlada de 303o K. 
 Los electrodos fueron previamente ciclados a 50 mV/s entre -0.4 y -1 V para comprobar el contacto 
eléctrico y eliminar cualquier posible impureza de la superficie de la aleación.
 Las medidas de EIE fueron realizadas a potencial constante, en el rango -0.85 V < E < -1.1 V, esperando 
aprox. 15 min a cada potencial, hasta obtener valores de corriente constante para comenzar el barrido en fre-
cuencia. Los espectros fueron adquiridos entre los 100 kHz y 1 mHz, con una amplitud de 5 mV. 
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
 En la Fig. 2 se presenta una vista frontal de uno de los electrodos ya pulido previo a los experimentos, 
donde la circunferencia externa es el tip con la resina, sosteniendo, en su interior, la partícula de aleación.
Diseño de Electrodos de Partícula Única…, Castro et al.
Fig. 2 - Fotografía frontal de un electrodo pulido
 Previamente a la realización de los experimentos de EIE se realizaron corridas voltamperométricas a 
una velocidad de barrido de 50 mV/s, la cual es lo suficientemente alta como para que el hidrógeno que pudiera 
generarse no difunda en la partícula y no modifique en gran manera la superficie a estudiar. 
 Como se muestra en la Fig. 3, los electrodos proporcionan corrientes de desprendimiento de hidrógeno 
apreciables, no observándose picos asociados a la formación de hidruro. También se observa que los electrodos 
tienen una buena respuesta conductiva y una zona de doble capa eléctrica bastante plana y sin picos de 
impurezas.
5
0
-5
-10
-15
-20
j /
 m
A/
cm
2
-1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400
E / mV
Fig. 3 - Voltamperometría cíclica previa a los experimentos de EIE (v = 50 mV/s)
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 18
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
 En las Figs. 4 y 5 se presentan los resultados de EIE correspondientes a las aleaciones AB5 y AB2 para 
diferentes valores de potencial. Las respuestas de impedancia muestran características similares para ambos 
materiales de electrodo; a potenciales más anódicos E > -0.95 V, los diagramas evidencian una respuesta 
capacitiva compleja asociada a los procesos competitivos de absorción/difusión y evolución de H2. A E< -1 V, 
la prevalencia del desprendimiento de H2 se evidencia en la presencia de una única constante de tiempo 
capacitiva cuyo módulo disminuye con el potencial catódico, indicando una cinética reglada por el mecanismo 
de Volmer–Heyrovsky, para la R de evolución de H2.
RTyC – UTN – Hyfusen - 19Diseño de Electrodos de Partícula Única…, Castro et al.
0
-5000
-10000
-15000
-20000
-25000
-30000
-35000
-40000
Z’
’ /
 O
hm
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Z’ / Ohm
-0.800 V
-0.850 V
-0.875 V
-0.900 V
-0.925 V
-0.950 V
-1.000 V
-1.100 V
Fig. 4 - Diagramas de Nyquist, correspondientes a la aleación AB5, para diferentes potenciales
0
-50000
-100000
-150000
-200000
-250000
Z’
’ /
 O
hm
0 5000 10000 15000 20000 25000
Z’ / Ohm
-0.800 V
-0.825 V
-0.850 V
-0.875 V
-0.900 V
-0.950 V
-1.050 V
Fig. 5 - Diagramas de Nyquist, a diferentes potenciales, correspondientes a la aleación AB2
 De la comparación entre ambas Figs. surge la evidencia de que la respuesta de EIE para la aleación AB2 
está asociada a valores de impedancia más de 3 veces superiores a los correspondientes a la aleación AB5.
 La Fig. 6 expone una ampliación de la Fig. 4 en la región correspondiente a las altas frecuencias
(1e5 Hz > f > 100 Hz). En la figura se evidencia una disminución de la fase de la impedancia con el aumento 
del potencial catódico. Esta transición desde valores de fase cercanos a 90o a valores próximos a 45o indica una 
transformación de la superficie del electrodo desde una superficie plana rugosa a una superficie asociada a una 
estructura porosa cuya respuesta de impedancia coincide con una fase de 45o a altas f y una transición hacia 90o 
a una dada “frecuencia característica” (Castro et al 2004).
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
 Esta transformación superficial está asociada al proceso de hidruración del electrodo, que está acom-
pañado de la expansión y rotura del material. Este proceso produce el aumento del área activa expuesta, 
generando nuevamente una incerteza en el valor de aa. Más abajo explicaremos cómo es posible superar este 
inconveniente, trabajando, cuando es posible, con los datos de impedancia a frecuencias más bajas que el valor 
de “frecuencia característica”.
DESARROLLO TEÓRICO
 En la siguiente secciónse presenta el desarrollo del modelo fisicoquímico para la derivación de la fun-
ción impedancia, Zp, del sistema.
 Dada la respuesta de impedancia experimental, el sistema debe ser modelado como una estructura 
porosa inundada. La expresión Zp para este tipo de sistema, dada por la ecuación (1), ha sido derivada en an-
teriores publicaciones ( Meyers et al., 2000). Para estructuras sólidas de alta conductividad, Zp está dada por:
Diseño de Electrodos de Partícula Única…, Castro et al.
Z’
’ /
 O
hm
Z’ / Ohm
-0.800 V
-0.850 V
-0.875 V
-0.900 V
-0.925 V
-0.950 V
-1.000
-1.050 V
0
-100
-200
-300
-400
-500
-600
0 100 200 300 400 500 600
Fig. 6 - Ampliación de la Fig. 4, región de altas frecuencias
(1)
donde:
siendo Ap el área geométrica expuesta, L el espesor de la estructura porosa, κ la conductividad específica 
de la fase electrolito y Zi la impedancia de la interfase sólido/electrolito por unidad de volumen (Ω/cm
3).
Zi supone una conexión en paralelo de la impedancia asociada a la carga de la doble capa interfacial (Zdl) y la 
impedancia asociada al proceso faradaico (ZF), i.e.
(2)
donde: (3)
1
tanhp p
LZ
A κ ν ν
 =   
1/2
1/21
iL Zν κ
− =  
 
1 1 1
i dl FZ Z Z
− − −= +
1
dl
dl a
Z
i C aω
=
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 20
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
siendo Cdl la capacidad de la doble capa por unidad de área (F/cm
2), aa el área interfacial por unidad de volumen 
(cm-1) y ω = 2πf (f, frecuencia de la señal de perturbación). Zf es la impedancia faradaica por unidad de área 
(Ω/cm2). 
 A partir de la ecuación (1) es posible demostrar que a bajas frecuencias, por debajo de una dada “fre-
cuencia característica”, fc, (Fig. 6) dependiente del valor de K, L y Zi, es posible considerar la estructura porosa 
como un electrodo plano de gran área, ST, cuya función, Zp, está dada por (De Livie, 1967): 
RTyC – UTN – Hyfusen - 21Diseño de Electrodos de Partícula Única…, Castro et al.
(4)
(5)
donde ST=ApLaa
 Este procedimiento es aplicable a la respuesta del electrodo AB5, por debajo de fc = 100 Hz. En el caso 
del electrodo AB2 no se observa esta transición del ángulo de fase a altas f, siendo necesario aplicar la función 
Zp completa dada por la ecuación (1). En este caso no es posible la identificación de io y D, dada la incerteza 
en el valor de L. Aún así para el caso de la aleación AB2 se realizó el ajuste de los datos de EIE suponiendo un 
valor de L = 0.05 cm constante, inferior al tamaño longitudinal de la partícula del electrodo.
Derivación de Zf 
 Para derivar la expresión de Zf se propone el siguiente mecanismo cinético para los procesos de evolu-
ción / absorción de hidrógeno: 
H2O + M +e- <=> MHad + OH (I) Volmer
MHad +H2O +e- <=> M +H2 +OH- (II) Heyrovsky
MHad + S <=> M + SHab (III) HAR
donde SHab corresponde a un átomo de H en un sitio intersticial debajo de la superficie metálica, y S es un sitio 
intersticial libre.
 La velocidad de reacción de las etap a s I , I I y I I I e s t á d a d a p o r :
vI = K1(1-θ) - K-1θ
vII = K2θ - K-2(1-θ)
vIII = K3θ(1-xs )+K-3(1-θ)xs
siendo θ la concentración superficial de Had, xs = C
s
H/Cmax, C
s
H la concentración de H en la aleación, justo de-
bajo de la interfase de reacción y Cmax la máxima concentración de Hab.
 La reacción de absorción de H (HAR), está acoplada al transporte de H en el material activo. El transpor-
te de H se describe utilizando las leyes de Fick para geometría plana semiinfinita, dado que son despreciables 
las componentes de convección y migración (Crank, 1964). 
(6)
 Las ecuaciones correspodientes a los balances de carga y materia están dadas por las funciones iF(t) y 
g(t):
f
F
a
Z
Z
a
1
p
T
dl T
f
Z Sj C S
Z
ω
=
+
iF(t) = -F (K1(1-θ)-K-1θ+K2θ - K-2(1-θ))
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
 Dado que las medidas de impedancia se registran en el estado de equilibrio, i=0, en el presente trabajo 
introduciremos por suposición adicional, la de suponer que la perturbación de potencial no modifica el estado 
de equilibrio de la etapa HAR (Visintin, 2006). 
 La función Zf para este sistema puede derivarse a partir de las ecuaciones (6-8), utilizando el método 
clásico de linealización y transformación de Fourier (Visintin et al., 2006; Lundqvist et al., 1999):
Diseño de Electrodos de Partícula Única…, Castro et al.
(7)
(8)
 En y=0 se cumple la relación dada por la ecuación (8) entre JH y la vIII :
A=F(K1+K-1-K-2-K2) B=2(F/(RT))(K2θ);
C=2(K2+K-2) V=-((Keqθ+(1- θ))
2)/Keq
Keq = K3/K-3.
 La condición de equilibrio: if = 0, g(t) = 0 impone además relaciones que permiten reducir el número 
de parámetros a identificar (Visintin et al, 2006).
 La función M(ω), se deriva de la resolución de las leyes de Fick para la geometría plana semiinfinita 
(Castro et al., 2005; Jacobson et al., 1995), donde DH es el coeficiente de difusión de H.
(9)
donde: (10)
(11)
 La función impedancia del sistema, Zp, puede calcularse a partir de las ecuaciones, (2), (3), (4), (5 o 1) 
y (9), identificando adecuadamente los parámetros del sistema. 
 La Fig. 7 muestra los resultados del ajuste correspondiente al electrodo AB5.
 Los parámetros derivados del proceso de ajuste del electrodo AB5 se incluyen en la Tabla 1. 
Tomando como constantes: cmax = 0.06 mol/cm
3, Γ = 1e-9 mol/cm2, Codl = 5e
-5 F/cm2. Los parámetros 
Keq y x no son identificables.
g(t) = Γdθ/dt = K1(1-θ) - K-1θ - K2θ +K-2(1-θ)
-K4θ(1-Xs)+K-4(1-θ)xs 
JH(t)=-vIII=-K4θ(1-xs)+K-4(1-θ)xs
( )
( )
1
T
f T
ARZ R
BF C j
VM
ω
ω
ω
= +
 −
+ Γ + 
 
01
T
i F
R RT
( ) 1
máx H
M
C D j
ω
ω
−
=
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 22
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
RTyC – UTN – Hyfusen - 23Diseño de Electrodos de Partícula Única…, Castro et al.
ABCDE
0
-5000
-10000
-15000
Zi
m
 a
g 
/ O
hm
100 Hz
10 Hz1 Hz
Experimental
Simulado
A → E=-0.875V
B → E=-0.900V
C → E=-0.925V
D → E=-0.950V
E → E=-1.000V
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Zr / Ohm x 104
Fig. 7 - Diagramas de Nyquist experimentales y simulados, electrodo AB5
E/V St/ cm
2 io/A cm
-2 D/cm2s-1 k2/mol s
-1 cm-2
-0.875 0.07 5.5e-4 4.9e-9 2.6e-9
-0.9 0.13 6.2e-4 2.5e-9 3.3e-9
-0.925 0.2 2e-4 1e-9 6e-9
-0.95 0.19 2.5e-4 8e-10 8e-9
-1 0.04 1.4e-3 1.45e-9 2.86e-8
Tabla 1 - Parámetros de ajuste, electrodo AB5
 La Fig. 8 muestra los resultados del ajuste correspondiente al electrodo AB2.
A
B
C
D
10 kHz 1 Hz
Experimental
Simulado
A → E=-0.875V
B → E=-0.900V
C → E=-0.950V
D → E=-1.050V
x 104
Z’
’ /
 O
hm
Z’ / Ohm
1 mHz
x 104
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
0 2 4 6 8 10 12
Fig. 8 - Diagramas de Nyquist experimentales y simulados, electrodo AB2 
 Los parámetros identificados para el electrodo AB2, se incluyen en la Tabla 2. Tomando como
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Diseño de Electrodos de Partícula Única…, Castro et al.
E/V io/A cm
-2 D/cm2s-1 k2/mol s
-1 cm-2
-0.85 1x10-6 1.9x10-16 1.3e-13
-0.875 3.8x10-6 2.15x10-16 3.1e-13
-0.9 1.2x10-5 67x10-16 1.2e-12
-0.95 1.3x10-5 8.4x10-16 1.5e-12
-1.05 8.8x10-5 9x10-16 7.2e-11
Tabla 2 - Parámetros de ajuste, electrodo AB2
 A partir de los parámetros identificados se pone en evidencia los menores valores de io y D de la aleación 
AB2 con respecto a la aleación AB5. Siendo io aproximadamente 2 órdenes de magnitud mayor y DH 6 órdenes 
de magnitud mayor para la aleación AB5, lo cual concuerda con su mejor desempeño en relación con su rápida 
activación y superior “rate capability”. La variación de io para ambos electrodos a distintos potenciales se debe 
ala relación existente entre io y el contenido de H, x, variable. Dada la no identificabilidad de x, no es posible 
dilucidar esta relación de manera teórica.
CONCLUSIONES
 En este trabajo se presenta un nuevo diseño y ensamblado de electrodos para la determinación de pará-
metros fisicoquímicos y cinéticos de aleaciones formadoras de hidruro, de una manera simple y reproducible. 
 Haciendo uso de la técnica de EIE y del ajuste de los resultados obtenidos por medio del modelado teó-
rico, se han determinado valores de corriente de intercambio y coeficientes de difusión de H, a distintos poten-
ciales en la región de hidruración y evolución de H2, sin la necesidad de suponer valores de áreas activas por 
medio de geometrías de partículas esféricas y sin la interferencia de los soportes conductores o aglomerantes 
como el Teflón.
REFERENCIAS
 Crank “The Mathematics of Diffusion”, Oxford University Press. London, (1964).
 De Levie, “Advances in Electrochemistry and Electrochemistry Engineering”, P. Delahay (Ed.), Interscience N.Y., 
Vol. 6; p.329, (1967).
 Jacobsen and West, “Difusion impedance in planar, cylindrical and spherical simmtry”, Electrochim. Acta; 40,. 
255-262, (1995).
 Lundqvist, Göran “Determination of the Diffusion Coefficient and Phase-Transfer Rate Parameter in LaNi5 and 
MmNi3.6Co0.8Mn0.4Al0.3 Using Microelectrodes”. J. Electrochem. Soc.; 145: 3740-6, (1998).
 Lundqvist and Lindbergh, “Kinetic study porous metal hydride electrode”, Electrochim. Acta; 44, 2523-2542, 
(1999).
 Meyers, Doyle, Darling and Newman. “The Impedance Response of a Porous Electrode Composed of Intercalation 
Particles”. J. Electrochem. Soc.; 147: 2930-40, (2000).
 Kleperis, Wójcik, Czerwinski, Skowronski, Kopczyk, Beltowska -Brzezinska “Electrochemical behavior of metal 
hydrides”. J. Solid State Electrochem.; 5: 229-249, (2001).
 Castro, Real, Bonesi, Visintin, and Triaca, “Electrochemical impedance characterization of porous metal hydride 
electrodes” Electrochim. Acta;. 49, 3879-3890, (2004).
 Castro and Milocco, “Identifiability of sorption and diffusion processes using EIS: Application to the hydrogen 
reaction” , J. of Electroanal Chem; 579, 113-123, (2005).
 Visintin, Castro, Real, Triaca, Wang, Soriaga, “Electrochemical activation and electrocatalytic enhancement of an 
hydride-forming metal alloy modified with palladium platinum and nickel ”, Electrochim. Acta: 51, 3658-3667, (2006). 
constantes: L = 0.05 cm, cmax = 0.09 mol/cm
3, Γ = 1e-9 mol/cm2, Codl = 5e
-5 F/cm2. Keq y x no son identificables.
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 24
INTRODUCCIÓN
 Las baterías recargables del tipo Níquel – Hidruro Metálico (Ni-MH) están siendo utilizadas en formatos 
comerciales para alimentar distintos dispositivos portátiles, como cámaras fotográficas digitales o teléfonos ce-
lulares. Han reemplazado ventajosamente a las de Níquel-Cadmio, especialmente por razones ambientales. Si 
bien la capacidad de las baterías Ni-MH está limitada por el electrodo de Níquel, la investigación actual sobre 
el electrodo de hidruro está orientada básicamente a mejorar el comportamiento de las baterías en lo referente 
a la resistencia al ciclado (baja pérdida de capacidad de carga con el número de ciclos), la “rate capability” 
(variación de la capacidad de carga de la batería con la corriente de descarga), y el comportamiento cinético de 
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
Efecto Electroquímico de Nanoesferas..., Cuscueta et al. RTyC – UTN – Hyfusen - 25
Efecto Electroquímico de Nanoesferas de 
Carbono en Aleación AB5
Diego J. Cuscueta (1), Hugo L. Corso (2), Ana Arenillas (3), Pablo S. Martínez (2),
Ada A. Ghilarducci (1) y Horacio R. Salva (1)
(1) Centro Atómico Bariloche - CNEA, Instituto Balseiro - Universidad Nacional de Cuyo, CONICET, Av. Bustillo 9500, 8400, 
San Carlos de Bariloche, Argentina.
(2) Centro Atómico Bariloche - CNEA, Av. Bustillo 9500, 8400, San Carlos de Bariloche, Argentina.
(3) Instituto Nacional del Carbón, INCAR-CSIC, Apartado 73, 33080, Oviedo, España.
e-mail del autor que recibe la correspondencia: corso@cab.cnea.gov.ar
 Resumen - En este trabajo se estudiaron aleaciones formadoras de hidruros que se utilizan como electrodo negati-
vo en baterías recargables tipo Níquel-Hidruro Metálico. Se investigó el efecto de la adición de nanoesferas de carbo-
no (NEC) a la aleación formadora de hidruro, mediante la técnica de molienda mecánica de alta energía. La aleación 
ensayada es del tipo AB5 y fue elaborada por fusión en un horno eléctrico de inducción. Las NEC fueron sintetizadas 
por polimerización en dos etapas de alcohol furfurílico, secado y carbonización, y posteriormente fueron dopadas con 
diferentes proporciones de Ni (0-20 %). Se estudió activación electroquímica y estabilidad cíclica, “rate capability” y 
espectroscopía de impedancia electroquímica. Los resultados muestran que el agregado de NEC mejora el desempeño 
electroquímico con respecto a la aleación sola. Los electrodos con agregado de NEC sin dopar y dopadas con 20 % de 
Ni son los que mejor desempeño electroquímico presentan en capacidad de descarga, “rate capability” e impedancia.
Palabras Clave: Baterías Ni-MH, electrodo negativo, nanoesferas de carbono
Electrochemical Effect of Carbon Nanospheres on AB5 Alloy
 Abstract - In this work, we studied hydride forming alloys as negative electrode of Nickel – Metal Hydride (Ni-
MH) batteries. The addition of carbon nanospheres (NEC) to the hydride forming alloy, by means of high energy 
mechanical milling technique, was investigated. The tested alloy is an AB5 one, elaborated by melting in an induction 
electric furnace. The carbon nanospheres were synthesized by two steps polymerization of furfuryl alcohol, drying and 
carbonization, and then doped with different contents of Nickel (0-20 %). Electrochemical activation, cyclic stability, 
rate capability and electrochemical impedance spectroscopy were studied. The results show that the adding of NEC im-
prove the electrochemical performance with respect to the alloy. The electrodes with no doped NEC and 20 % Ni doped 
NEC are those that present better electrochemical performance in discharge capacity, rate capability and impedance.
Key Words: Ni-MH Batteries, negative electrode, carbon nanospheres
las reacciones de carga y descarga.
 Se han publicado varios trabajos (Visintin et al., 2007; Zubizarreta et al., 2009a; Zubizarreta et al., 2009b; 
Thomas et al., 2010) en los que los hidruros metálicos utilizados como material activo del electrodo negativo 
han sido dopados con distintos materiales a efectos de mejorar algunas de las características mencionadas 
durante el servicio de las baterías Ni-MH. En general, se ha probado agregar sustancias que tienen un efecto 
catalítico para mejorar la cinética de las reacciones, modifican los parámetros de carga y descarga, o bien me-
joran la resistencia al ciclado o la “rate capability”.
 En este trabajo se utilizó como material formador de hidruro una aleación del tipo AB5, y se ha ensayado 
el agregado de nanoesferas de carbono (NEC) puras y dopadas con diferentes porcentajes de níquel.
 Las muestras se han preparado mediante molienda mecánica en molino de bolas, tanto la aleación sola 
como la aleación mezclada con NEC, con y sin dopaje de níquel.
 Las diferentes muestras fueron caracterizadas por difracción de rayos X para verificar las fases presentes, 
y se prepararon electrodos de prueba para caracterizar el comportamiento electroquímico mediante ensayos 
de capacidad de carga en función del ciclado, “rate capability”, impedancia electroquímica y variación del 
potencial de celda. 
EXPERIMENTAL
 El material activo (formador de hidruro) del electrodo negativo es una aleación del tipo AB5, de compo-
sición Lm0,95Ni3,8Co0,3Mn0,3Al0,4, donde Lm es una mezcla de tierras raras,y fue elaborado por fusión de los 
elementos constituyentes en cápsula de cuarzo y atmósfera de argón de alta pureza en un horno eléctrico de 
inducción LEPEL. Las NEC fueron sintetizadas por polimerización en dos etapas de alcohol furfurílico, seca-
do y carbonización, y posteriormente fueron dopadas con diferentes proporciones de Ni (0-20%) por el método 
de impregnación húmeda con nitrato de níquel hexahidratado (Zubizarreta et al., 2008).
 Los diferentes materiales activos (aleación sola, aleación con NEC puras y aleación con NEC dopadas 
con níquel) fueron mezclados en un molino de alta energía SPEX 8000D, utilizando 3 bolas de acero de 1 g 
cada una, con una relación de masa de bolas / masa de material de 10:1. La masa de aleación utilizada en cada 
molienda fue de 300 mg y la masa de NEC, de 30 mg.
 La composición de las diferentes muestras estudiadas se presenta en la Tabla 1. 
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Efecto Electroquímico de Nanoesferas..., Cuscueta et al.
AB5 Aleación AB5
AB5M Aleación AB5 molida
NE0 Nanoesferas sin Ni
NE10 Nanoesferas con 10% de Ni
NE15 Nanoesferas con 15% de Ni
NE20 Nanoesferas con 20% de Ni
AB5NE0 AB5 molida con NE0
AB5NE10 AB5 molida con NE10
AB5NE15 AB5 molida con NE15
AB5NE20 AB5 molida con NE20
Tabla 1 - Composición y códigos de las muestras
 Los electrodos se prepararon presionando la mezcla obtenida de la molienda (100-110 mg) con igual 
cantidad de carbón teflonizado (Vulcan XC-72 + 33 wt% PTFE) como soporte mecánico y eléctrico, junto 
con una malla de níquel conectada a un alambre de Ni usado como colector de corriente, dentro de una matriz 
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 26
cilíndrica de 11 mm de diámetro. Los electrodos obtenidos presentan la forma de discos de aproximadamente 
11 mm de diámetro y 1 mm de espesor. Para las mediciones electroquímicas, los electrodos fueron sumergidos 
en una solución de KOH 6M a 23ºC que se usó como electrolito. Como contra-electrodo se utilizó una malla 
de Ni conectada a un alambre de Ni, y como electrodo de referencia se utilizó Hg/HgO (+0,098V vs. NHE).
 Las determinaciones electroquímicas fueron llevadas a cabo en un potenciostato diseñado y construido 
en nuestros laboratorios, salvo las mediciones de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), que se 
realizaron en un equipo Autolab, con excitación de 6 mV rms, desde 10 kHz hasta 2 mHz.
 Los ciclos electroquímicos de carga-descarga se realizaron suministrando corriente al electrodo negativo 
por 25% más tiempo que el correspondiente a la capacidad nominal (carga entregada = 350 mAh/g), y cortando 
la descarga en un potencial de -600 mV. La corriente de carga utilizada fue Ic = 145 mA/g (C/2) durante 2,4 h 
y la tasa de descarga utilizada para el período de activación y testeo de estabilidad cíclica fue C/2; y entre C/10 
y 5C para las mediciones de “rate capability”.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización de los materiales 
 En la Fig. 1 se muestra una imagen obtenida por electrones retrodispersados de la muestra AB5 antes de 
ser molida e hidrurada. En la micrografía se aprecian dos zonas bien diferenciadas por el contraste, indicando 
una inhomogeneidad en la composición producida durante la fusión de los elementos constituyentes.
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Fig. 1 - Imagen SEM de la aleación AB5
 Se efectuó un análisis elemental de EDS en una zona amplia de la muestra, o sea sin diferenciar zonas cla-
ras de oscuras, en un área de 180 µm x 120 µm. Además se realizaron análisis puntuales de 1 µm x 1 µm sobre 
zonas claras u oscuras para determinar la composición específica. A diferencia de lo observado en la imagen 
de la Fig. 1, el análisis elemental reveló que la composición de las zonas analizadas es similar dentro del error 
de la técnica, aunque sí difieren de la composición deseada. Se observa que en general todos los elementos 
aumentaron la concentración, menos el Ni que se redujo de 55,7 a 32,1 wt %.
 En la Fig. 2 se muestran los difractogramas de rayos X de una muestra de AB5 y AB5M. En la parte infe-
rior de la Fig. 2 están las posiciones de los picos de las fases encontradas en las muestras. La fase que se pre-
senta con mayor frecuencia y con mayor intensidad de picos es la de LaNi3,94Al1.06, la cual presenta estructura 
hexagonal y pertenece al grupo P6/mmm. La fase LaNi presenta estructura ortorrómbica y pertenece al grupo 
espacial Cmcm. En la Fig. 2 se aprecia que la aleación AB5 está dominada por la presencia de LaNi3,94Al1.06 pero 
que también presenta una fase distinta, que en este caso pudo ser identificada con el intermetálico LaNi. Esto 
confirma las inhomogeneidades presentes en la Fig. 1.
 La no aparición de nuevos picos luego de la molienda mecánica sugiere que no se crearon fases durante la 
molienda reactiva de alta energía. Sin embargo, la amorficidad que produce la misma eleva el fondo, agregan-
do ruido en los difractogramas, lo que dificulta distinguir los picos de reducida intensidad del ruido de fondo.
 Las Fig. 3 y 4 muestran la comparación de las nanoesferas NE0 y NE20 solas y luego de moler con AB5. Se 
observa que la muestra de NE0 sólo aporta un fondo perteneciente al carbono, mientras que en la muestra de 
NE20 se distingue claramente la presencia de 3 picos pertenecientes al Ni del dopado. 
 Los difractogramas pertenecientes a las mezclas muestran el predominio de los picos de la aleación AB5, 
aunque también indican la no aparición de nuevas fases debido a la no aparición de picos.
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Efecto Electroquímico de Nanoesferas..., Cuscueta et al.
100
80
60
40
20
100
80
60
40
20
0
Ni
LaNi
LaNi3.94Al1.06
In
te
ns
id
ad
 re
la
tiv
a 
(u
.a
)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
2 Theta (θ)
AB5M
AB5
Fig. 2 - Difractogramas de AB5 y AB5M
100
80
60
40
20
100
80
60
40
20
0
Ni
LaNi
LaNi3.94Al1.06
In
te
ns
id
ad
 re
la
tiv
a 
(u
.a
)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
2 Theta (θ)
AB5NEO
NEO
Fig. 3 - Difractogramas de NE0 y AB5NE0
RTyC – UTN – Año 10 Nº 20 - 28
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100
80
60
40
20
100
80
60
40
20
0
Ni
LaNi
LaNi3.94Al1.06
In
te
ns
id
ad
 re
la
tiv
a 
(u
.a
)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
2 Theta (θ)
AB5NE20
NE20
Fig. 4 - Difractogramas de NE20 y AB5NE20
 La Fig. 5 es una imagen TEM de la muestra AB5NE10. Sobre los bordes de la partícula de aleación, la cual 
se distingue por una forma irregular y oscura, se aprecian algunas esferas adheridas. El detalle indicado con la 
flecha muestra la ampliación de una de las esferas para mostrar las partículas de Ni adheridas sobre la misma. 
La Fig. 5 muestra que efectivamente el proceso de mezcla por molienda mecánica ha unido las partículas de la 
aleación AB5 y las nanoesferas, sin romper totalmente la estructura de las esferas de carbono.
Caracterización electroquímica
 Se estudió el comportamiento de celdas electroquímicas formadas por un electrodo de trabajo con 45% de 
MH, 5% de NEC solas o dopadas con distintas proporciones de Ni y 50% de carbón teflonado, que actúa como 
soporte eléctrico y mecánico, un contra electrodo de malla de Ni, y un electrodo de referencia de Hg/HgO. La 
Fig. 6 muestra los primeros ciclos electroquímicos de carga y descarga de las celdas.
200 nm
1000 nm
Fig. 5 - Detalle de NEC dopada con 10% Ni y adherida a la partícula de aleación AB5
Revista Tecnología y Ciencia Universidad Tecnológica Nacional
Efecto Electroquímico de Nanoesferas..., Cuscueta et al.
 Se aprecia que las mayores capacidades de descarga se obtienen para los electrodos con agregado de na-