Skip to main content

Odseki

Visoko aktivna katoda z ultra nizko vsebnostjo PGM in MEA integracija za sintezo v eno PEMFC celico

ARRS- CEA bilateralni projekt

Vsebinski opis projekta

Dekarbonizacija v velikih mestih je trenutno velik problem v smislu onesnaženosti zraka in podnebnih sprememb (npr. globalno segrevanje). Glavni vzrok je promet, torej vozila z ogljičnimi gorivi, ki drastično povečujejo izpuste CO2. Nasprotno pa uporaba avtomobilov na vodikov pogon, opremljenih s gorivno celico z membrano polimernih elektrolitov (ang: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) kot pogonskim sklopom, proizvaja samo vodno paro kot stranski produkt. Zato PEMFC predstavljajo čisto in učinkovito alternativno energetsko tehnologijo za prometni sektor. Glavni izziv PEMFC je zmanjšati stroške dragih platinastih katalizatorjev in povečati njihovo učinkovitost.
Ex-situ karakterizacija je močno orodje za hitro določanje aktivnosti katalizatorja v okviru poenostavljene preskusne ureditve. Metode, kot je ciklična voltametrija z vrtljivo diskovno elektrodo (RDE-CV), zagotavljajo zelo obetavne rezultate za nove elektrokatalizatorje z visoko aktivnostjo. Neposredna implementacija teh katalizatorjev v PEMFC je zelo redka. V literaturi ni mogoče najti linearne povezave med delovanjem ex-situ in in situ. Zato se meritve v PEMFC trenutno štejejo za ozko grlo komercializacije tehnologije in bistven korak pri razvoju novih katalizatorskih sistemov. Pt-zlitine so trenutno najbolj perspektivni matreriali. Vendar pa Pt-zlitine kažejo obetavne rezultate pri ex-situ testih z do reda velikosti višjo aktivnostjo in izboljšano stabilnostjo.
Velik potencial Pt-zlitin, ki ga kaže RDE-CV, je še vedno premalo izkoriščen zaradi nerazumevanja razmerja med študijami karakterizacije ex-situ in rezultati in-situ. Prenos obetavnih rezultatov iz študij ex-situ za pogoje PEMFC in situ je zahtevna naloga zaradi povečanja parametrov, ki vplivajo na delovanje katalizatorja. Kljub temu je očitno, da je treba takšne nove katalizatorje preizkusiti v realnih pogojih gorivnih celic, da bi znižali ceno in hkrati povečali zmogljivost gorivnih celic. Drug izziv je povečanje sinteze katalizatorja z nekaj miligramov na gramsko lestvico. Medtem ko je le nekaj miligramov več kot dovolj za karakterizacijo ex-situ, proizvodnja sklopov membranskih elektrod (MEA) za študije in situ in pozneje za industrijsko proizvodnjo zahteva veliko večje serije, da je praktična. Vendar pa to povečanje vpliva na same katalitične lastnosti, zlasti v kritičnih pogojih, na primer, ko se narišejo visoke gostote toka. Medtem ko je za karakterizacijo RDE-CV mogoče doseči nizke gostote toka nekaj mA/cm², in situ MEA testiranje doseže visoko gostoto toka na lestvici A/cm².
Namen sodelovanja je bil zagotoviti pristop najboljših praks za primerjavo rezultatov merjenih izven in v gorivni celici. Cilji: (i) za sintetiziranje novih povečanih visoko aktivnih in stabilnih elektrokatalizatorjev z nizkim PGM, (ii) za razvoj zanesljivega postopka aktivacije katalizatorja ex-situ, (iii) za razvoj postopka proizvodnje MEA in (iv) za oceno proizvedenega MEA. Rezultati projekta so odlično orodje za prihodnji razvoj katalizatorja in PEMFC.

Osnovnimi podatki glede financiranja

Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije

Sestava projektne skupine s povezavami na SICRIS:

EVIDENČNA ŠT.NAZIVPRIIMEK IN IMERAZISK. PODROČJEVLOGA
38256Dr.Gatalo MatijaMaterialiRaziskovalec
11517Dr.Bele MarjanMateriali / Anorganski nekovinski materialiRaziskovalec
50241 Moriau Leonard Jean Tehnik
00582Dr.Gaberšček MiranMateriali / Anorganski nekovinski materialiVodja
30470Dr.Hodnik NejcMaterialiRaziskovalec
35375Dr.Jovanovič PrimožKemijaRaziskovalec
37779Dr.Ruiz Zepeda Francisco Raziskovalec

Faze projekta in njihova realizacija

1. sintetiziranje (na večji skali) novih visoko aktivnih in stabilnih elektrokatalizatorjev z nizkim PGM,

2. razvoj zanesljivega postopka aktivacije katalizatorja ex-situ

3. razvoj postopka proizvodnje MEA in (iv) za oceno proizvedenega MEA.

Bibliografske reference

  1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S245191032200117X#ack0010 [COBISS.SI-ID 112336387] Pregledni članek na temo avtomatizirane obdelave slik presevne elektronske mikroskopije
  2. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.1c02659 [COBISS.SI-ID 95447043] Primerjalna analiza elektrokatalizatorjev gorivnih celic z uporabo plinskih difuzijskih elektrod: primerjava med laboratoriji in najboljše prakse *
  3. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.1c04205 [COBISS.SI-ID 94150403] Razumevanje pomena temperaturnega in potencialnega okna za stabilnost nanodelcev Pt-zlitine na ogljiični podlagi kot elektrokatalizatorjev reakcije redukcije kisika
  4. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775321010399#d1e8645 [COBISS.SI-ID 79377667] Praktično in teoretično smo pokazali in opisali vpliv temperature na stabilnost Pt/C katalizatorja.
  5. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsaem.1c02570 [COBISS.SI-ID 87825155] Nasproti proizvodnji večgramskih količin visoko aktivnih elektrokatalizatorjev ORR iz Pt intermetalne zlitine.
  6. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468621008033#ack0001 [COBISS.SI-ID 64503043] Opazovanje, sledenje in analiziranje elektrokemično povzročenih strukturnih sprememb v atomskem merilu posameznega nanodelca Pt-Co kot elektrokatalizatorja gorivnih celic s kombinacijo modificirane plavajoče elektrode in elektronske mikroskopije na identični lokaciji
  7. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsomega.1c06028 [COBISS.SI-ID 95435011] Zatiranje razgradnje platinskega elektrokatalizatorja prek podpore za organsko matriko z veliko površino
  8. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004221000705#ack0010 [COBISS.SI-ID 49660163] Razumevanje razmerij med strukturo in lastnostmi nanodelcev na atomski ravni.
  9. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/aba4e6/meta [COBISS.SI-ID 23888131] Pomen temperaturnega in potencialnega okna pri ocenjevanju stabilnosti podprtih elektrokatalizatorjev reakcije redukcije kisika na osnovi Pt v postavitvi tankoslojne vrtljive disk elektrode
  10. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/abc9de [COBISS.SI-ID 39249411] Modificirana plavajoča elektroda za napredno karakterizacijo reakcijskih elektrokatalizatorjev redukcije kisika
  11. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.2c01359 [še ni vpisano v COBISS] Pomen kemične aktivacije in učinek nizke obratovalne napetosti na delovanje elektrokatalizatorjev gorivnih celic iz Pt zlitine

*sodelava z tujimi partnerji

Za slepe in slabovidne(CTRL+F2)
barva kontrasta
velikost besedila
označitev vsebine
povečava