Study of CO and N2 Interaction with Anode Catalysts of Proton-Exchange Membrane Fuel Cells

Abstract

Otrava katalyzátoru představuje jeden z klíčových problémů bránících komerčnímu rozšíření palivových článků. V rámci této práce je studován vliv otravy katalyzátoru oxidem uhelnatým a také ředění vodíkového paliva dusíkem na výkon palivových článků s nízkým obsahem platiny. Katalyzátory byly připravovány pomocí magnetronového naprašování, přímou depozicí na membránu žíhanou plazmatem. Slitiny s různým poměrem platiny a ruthenia byly použity ke zvýšení odolnosti vůči otravě. Bylo ukázáno, že přítomnost dusíku má minimální vliv na chod palivového článku. Naopak i malé koncentrace oxidu uhelnatého způsobují výrazný pokles výkonové hustoty. Nejlepší odolnost vůči otravě vykazovaly slitiny platiny a ruthenia v atomárním poměru 2:1 a 1:1.

Poisoning of the catalyst seems to be one of the most serious problems preventing a widespread commercialization of fuel cell technology. This thesis focuses on the effect of CO poisoning and hydrogen dilution by nitrogen on performance of fuel cells with low platinum content. Catalysts were deposited by magnetron sputtering directly on membrane etched by plasma. Alloys with different platinum-ruthenium ratio were used to mitigate the CO poisoning. We found that presence of nitrogen has almost negligible effect on the fuel cell performance. On the other hand, CO, even in small concentrations, caused a significant drop in power density. PtRu with atomic ratio 2:1 and 1:1 showed the best CO tolerance.