Ανάπτυξη διμεταλλικών ηλεκτροκαταλυτών για εφαρμογή σε στοιχεία καυσίμου χαμηλής θερμοκρασίας

• Κύριος συγγραφέας: Μπάμπος, Γεώργιος
• Άλλοι συγγραφείς: Bampos, Georgios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Διμεταλλικοί ηλεκτροκαταλύτες; Στοιχεία καυσίμου χαμηλής θερμοκρασίας; Αναγωγή του οξυγόνου; Οξείδωση του υδρογόνου; Παλλάδιο; Λευκόχρυσος; Bimetallic electrocatalysts; Low-temperature fuel cells; Oxygen reduction reactio; Hydrogen oxidation reaction; Palladium; Platinum

Στην παρούσα εργασία έγινε μελέτη νέων διμεταλλικών ηλεκτροκαταλυτών για την ηλεκτροχημική αντίδραση της αναγωγής του Ο2 (Oxygen reduction reaction, ORR) και την ηλεκτροχημική αντίδραση της οξείδωσης του Η2 (Hydrogen oxidation reaction, HOR) σε όξινο και αλκαλικό περιβάλλον, η οποία πραγματοποιήθηκε κύρια με την τεχνική του ηλεκτροδίου περιστρεφόμενου δίσκου με τον ηλεκτροκαταλύτη ως εναπόθεμα μικρού πάχους (thin-film rotating electrode technique, RDE). Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η δραστικότητα ως προς ORR, τόσο σε διάλυμα 0.1M HClO4 όσο και σε διάλυμα 0.1Μ ΚΟΗ, βασισμένων σε Pd διμεταλλικών ηλεκτροκαταλυτών 7.5 wt.% Pd – 2.5 wt.% M στηριγμένων σε αγώγιμο άνθρακα (Vulcan XC72R) οι οποίοι παρασκευάστηκαν κύρια με τη μέθοδο του υγρού εμποτισμού και υπέστησαν αναγωγή υπό ροή Η2 στους 300 oC. Οι ηλεκτροκαταλύτες αυτοί μελετήθηκαν επίσης όσον αφορά στη δραστικότητά τους ως προς ΗΟR σε διάλυμα 0.1Μ HClO4 αλλά και σε διάλυμα 0.1Μ ΚΟΗ. Οι ηλεκτροκαταλυτικές σκόνες χαρακτηρίστηκαν φυσικοχημικά με φυσική ρόφηση (ΒΕΤ), XRD, TEM, SEM και XPS. Σε όλες τις περιπτώσεις, έγινε σύγκριση της δραστικότητας των βασισμένων σε Pd ηλεκτροκαταλυτών με εκείνη ηλεκτροκαταλυτών Pt ίδιας συνολικής μεταλλικής φόρτισης. Η αναλογία Pd:M και η θερμοκρασία αναγωγής που χρησιμοποιήθηκαν ήταν οι βέλτιστες από άποψη δραστικότητας, όπως προέκυψε από σχετικά πειράματα αριστοποίησης που έγιναν με τους δραστικότερους για κάθε μελετηθείσα αντίδραση διμεταλλικούς ηλεκτροκαταλύτες. Για κάθε διμεταλλικό σύστημα Pd-M με την μεγαλύτερη δραστικότητα κατά περίπτωση (με μεταλλική φόρτιση 10 wt.%), παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο του υγρού εμποτισμού ηλεκτροκαταλύτες ίδιας αναλογίας Pd:Μ και θερμοκρασίας αναγωγής αλλά υψηλότερης μεταλλικής φόρτισης (29 wt.%) των οποίων η δραστικότητα συγκρίθηκε με εκείνη ηλεκτροκαταλυτών Pt ίδιας μεταλλικής φόρτισης. Οι ηλεκτροκαταλύτες με μεταλλική φόρτιση 29 wt.% μελετήθηκαν και ως προς τη σταθερότητά τους. Στην περίπτωση της μελέτης της ORR σε όξινο περιβάλλον και για το δραστικότερο διμεταλλικό σύστημα μελετήθηκε και η επίδραση στη δραστικότητα της μεθόδου σύνθεσης αλλά και του φορέα. Επίσης, στην περίπτωση της ORR σε 0.1Μ ΗClO4, μελετήθηκε και μία σειρά στηριγμένων σε Vulcan XC72R ηλεκτροκαταλυτών 10 wt.% Pt – M (Μ: Ag, Cu, Fe, Ni, Sn, Zn) όσον αφορά τη δραστικότητά τους απουσία και παρουσία αιθανόλης. Τέλος, ο δραστικότερος ως προς ORR σε όξινο περιβάλλον διμεταλλικός ηλεκτροκαταλύτης 22 wt.% Pd – 7 wt.% Zn/C μελετήθηκε ως καθοδικό ηλεκτρόδιο στοιχείου καυσίμου τύπου PEM τροφοδοτούμενου με Η2, του οποίου η απόδοση συγκρίθηκε με εκείνη του ίδιου στοιχείου καυσίμου με κάθοδο βασισμένη σε ηλεκτροκαταλύτες Pt.