Investigation of new catalysts for polymer membrane fuel cells

Abstract

Palivové články jsou slibným alternativním zdrojem elektrické energie. I přes výrazné zlepšení, které bylo dosaženo výzkumem v posledních desetiletích, tech- nologie ještě není připravena pro široké komerční využití. Katalyzátor palivových článků (FC) by měl být stále zkoumán kvůli skutečnosti, že jediným spolehlivým funkčním katalyzátorem je platina, ušlechtilý a drahý kov, což znemožňuje ma- sové použití této technologie. V této práci je prezentován výzkum platinového katalyzátoru dopovaného oxidem ceričitým a jeho modifikace připravované mag- netronovým naprašováním, což je technika fyzikální depozice. Katalyzátor byl studován za použití standardních technik povrchové analýzy (PES, SEM, AFM, XANES) a elektrochemického měření (CV, PEIS). Hlavní část práce popisuje analýzy katalyzátoru přímo v palivových článcích pomocí individuálně navržené testovací stanice. Vzhledem k vysoké hustotě energie (PD) asi 1 W cm−2 a podstatně vyššímu specifickému výkonu na gram platiny (SP) 1,6 kW mg−1 ve srovnání s komerčním referenčním katalyzátorem Pt-Ru / Pt-C a navíc díky rela- tivně dlouhé stabilitě, byl naprašovaný katalyzátor na bázi oxidu ceričitého dopo- vaný platinou shledán jako vhodný katalyzátor pro PEM FC. Navíc byla ukázána možná náhrada Pt a CeO2 jinými prvky. Vedle těchto výsledků byl prezentován návrh...

Fuel cells are a promising alternate power source of electricity. Despite of sig- nificant improvement that was reached by research throughout recent decades, the technology is not still ready to large scale commercial use. The catalyst of fuel cell (FC) should be still investigated due to fact that the only reliable functional catalyst is Platinum, a noble and expensive metal, which makes the use of this technology not competitive. In this thesis, investigation of Platinum doped ceria catalyst and its modification prepared by physical technique of deposition which is magnetron sputtering is presented. The catalyst was studied using standard sur- face analytic techniques (PES, SEM, AFM, XANES) as well as electrochemical measurement (CV, PEIS). The principal part of this thesis reports direct analyses of catalyst in fuel cell using an individually designed fuel cell test station. Con- sidering the high power density (PD) about 1 W cm−2 and substantially higher specific power per gram of Platinum (SP) 1.6 kW mg−1 in comparison with com- mercial Pt-Ru/Pt-C reference catalyst and additionally the relatively longtime stability, the sputtered Platinum doped cerium oxide based catalyst was found a suitable catalyst for PEM FC. Moreover, possible substitution of Pt and CeO2 by other elements was shown. Beside of...