The effect of material properties on PEM fuel cell catalysts on durable oxidation reduction activity

Abstract: I detta examensarbete utforskas påverkan av partikelstorleken hos Pt-katalysatorer på kolbärare på syrereduktionen i polymerelektrolytmembran (PEM)-bränsleceller. Den elektrokemiskt aktiva ytarean, aktiviteten för syrereduktion och tillhörande degraderingshastigheter för de undersökta katalysatorerna beräknas och jämförs. Experimenten utfördes med hjälp av en metod som kallas ”roterande skivelektrod med tunn film” i en syra-vatten-lösning. Den katalytiska aktiviteten beräknades med Koutecky-Levichs ekvation. Resultaten visar att filmkvaliteten är avgörande för att kunna göra en bedömning av syrereduktionssaktiviteten. En homogen distribution av Pt-nanopartiklar är nödvändig för att få en korrekt och pålitlig katalytisk aktivitet. Vidare utvecklas en metodik för utvärdering av filmkvaliteten baserad på den diffusionsbegränsade strömtätheten och på potentialen vid halva topphöjden. Mätningen av syrereduktionsaktiviteten genomfördes enbart med prov vars filmkvalitet godkändes med avseende på denna metodik och den erhållna aktiviteten jämfördes vid 0.9 V vs. RHE. De undersökta katalysatorerna uppvisar snarlik aktivitet för syrereduktionsreaktionen, vilket överensstämmer med att också de uppmätta elektrokemiskt aktiva ytareorna för de olika katalysatorerna är snarlika. Förlusten av elektrokemiskt aktiv ytarea visar sig vara beroende av partikelstorleken och mindre partiklar uppvisar en högre degraderingshastighet. Rapporten avslutas med en diskussion om avvikelserna från tidigare studier och möjligheter för vidare studier.