Design and testing of electrochemical cell for thin film catalyst characterization

Description in Czech

Palivové články s polymerní membránou (PEMFC) patří mezi nejslibnější zdroje čisté energie. Kromě aktivity a nákladů je životnost katalyzátoru použitého v PEMFC považována za jeden z klíčových problémů jeho úspěšné komercializace. Testování katalyzátoru ve skutečných palivových článcích je však časově náročné a vyžaduje velké množství materiálu. Proto pro testování stability katalyzátoru byly vyvinuty takzvané akcelerované zátěžové testy (AST), které využívají potenciodynamické cyklování v elektrolytu uvnitř elektrochemické cely. Elektrochemická cela se skládá ze tří elektrod: pracovní elektrody (WE), pomocné elektrody (CE) a referenční elektrody (RE) ponořené do elektrolytu. Klíčovou složkou takového sestavení je WE, na kterou se nanáší katalyzátor a na které dochází ke sledované reakci. Komerční elektrochemická cela používá jako WE sklovitý uhlík ve tvaru vysokého válečku/tyčky, což komplikuje charakterizaci katalyzátoru na jejím povrchu před a po AST pomocí běžných spektroskopických a mikroskopických technik kvůli jejich nekompatibilitě se vzorkem tyčkovitého tvaru. Vývoj spolehlivé, přenosné a snadno použitelné elektrochemické cely využívající ploché pracovní elektrody je tedy zásadní.

Tato práce se zaměří na vývoj speciální elektrochemické cely vhodné pro charakterizaci tenkovrstvého katalyzátoru nanášeného na plochou elektrodu pomocí magnetronového naprašování. Spolehlivost takové cely bude testována na bimetalických slitin na bázi Pt, které mají v současnosti nejvyšší potenciál jako katalyzátor pro PEMFC. Morfologie a složení katalyzátorů budou monitorovány skenovací elektronovou mikroskopií (SEM) a energeticky disperzní rentgenovou spektroskopií (EDX) před a po AST.

Cílem práce je navrhnout, vyrobit a otestovat elektrochemickou celu pro charakterizaci tenkovrstvých katalyzátorů.

Zásady pro vypracování

1. Rešerše literatury.
2. Návrh a výroba elektrochemické cely.
3. Příprava tenkých vrstev bimetalických katalyzátorů magnetronovým naprašováním.
4. Studium morfologie a složení připravených vrstev před a po AST v elektrochemické cele
5. Zpracování experimentálních dat a sepsání bakalářské práce.

Literatura

1. Handbook of fuel cells: Fundamentals, technology, applications, W. Vielstich, A. Lamm, H.A. Gasteiger, Wiley 2003, ISBN: 978-0-471-49926-8
2. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd Edition, A.J. Bard, L.R. Faulkner, Wiley 2001, ISBN: 978-0-471-04372-0