Späť

Vylepšovanie stability katalyzátorov na báze platiny pre vodíkové palivové články

Improvement of stability of platinum catalyst for hydrogen fuel cells

Mgr. Miroslava Lacková
Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Prírodovedecká fakulta
Ústav fyzikálnych vied
Park Angelinum 9, 040 01 Košice

Abstrakt:
Jednou z alternatív, o ktorých sa uvažuje v automobilovom priemysle pri prechode z fosílnych palív na ekologickejšie zdroje energie sú vodíkové palivové články (VPČ), teda „autá na vodík“. Nevyhnutnou súčasťou takéhoto VPČ je katalyzátor. Doteraz sa pre svoje jedinečné fyzikálne a chemické vlastnosti ako najlepší katalyzátor osvedčila platina a jej zliatiny. Hlavným problémom, ktorý ale bráni masovej výrobe VPČ je v súčasnej dobe cena platiny, preto je potrebné vyvinúť materiály s menšou spotrebou platiny a so zlepšenou stabilitou. Na zníženie podielu platiny v katalyzátore sa využívajú vysoko rozptýlené nanoštruktúrované platinové elektrokatalyzátory, ktoré majú výrazne väčší aktívny povrch oproti masívnej platine. Nanočastice platiny sú však náchylnejšie na koróziu (rozpúšťanie) vzhľadom na ich vyššiu povrchovú energiu. Navyše uhlík, ktorý sa používa ako podkladový substrát pre katalyzátor na báze platiny, môže pri určitých podmienkach vo VPČ podliehať korózii (oxidácii), preto hľadáme, vyvíjame a testujeme nové typy elektricky vodivých substrátov na báze TiN, ktoré by mohli byť odolnejšie voči korózii. Magnetrónovým naprašovaním a následným žíhaním pripravujeme systémy nanočastíc s rozličnými veľkosťami (od 2 nm do 20 nm) na sklenenom uhlíku a na sklenenom uhlíku pokrytom tenkou vrstvou (10 nm) TiN a sledujeme koróznu stabilitu takýchto systémov.

Kľúčové slová:
vodíkový palivový článok, katalyzátor, korózia nanočastíc platiny, korózia uhlíka, substrát na báze TiN

Abstract:
Ecologically clean hydrogen powered engines are one of the possible alternatives to the modern internal combustion engines. The chemical reaction in hydrogen fuel cell (HFC) is controlled by catalysts. Nowadays, platinum and Pt-alloys are the best catalysts for HFC due to its unique chemical and physical properties. Platinum cost is the main problem hindering the mass production of HFC. That is why it is required to develop catalyst materials which use less platinum and with improved stability. One of the methods to decrease Pt usage is to implement highly dispersed nanostructured Pt-based catalysts. These catalysts have significantly larger active surface area as compared to the bulk platinum. However, Pt nanostructured catalysts have increased corrosion due to higher surface energy. Additionally, under certain conditions, the most frequently used carbon catalyst supports are subjects to corrosion. That is why we are searching and testing new types of electrically conducting supports with high corrosion stability (eg. TiN). Platinum nanoparticles with different sizes (from 2 nm to 20 nm) where obtained using magnetron sputtering. As catalyst supports we used both glassy carbon and glassy carbon covered by thin layer (10 nm) of TiN.

Keywords:
hydrogen fuel cell, catalyst, corrosion of platinum nanoparticles, corrosion of carbon, TiN-based substrate

Späť