Studium elektrokatalyzátorů na membráně pro palivové články

V posledních letech se klade stále větší důraz na výzkum alternativních zdrojů energie za účelem nahrazení konvenčních fosilních paliv a řešení tak energetické otázky budoucnosti. Jedním takovým řešením je využití vodíkových článků a elektrolyzérů s polymerní membránou, které mohou být použity jako zdroje elektrické energie pro mobilní zařízení nebo budovy. V kombinaci se solárními panely a větrnými elektrárnami mohou být využity i k ukládání elektrické energie ve formě vodíku během nadprodukce.

V palivovém článku je polymerní membrána (PEM), nejčastěji Nafion©, o tloušťce několika desítek mikronů pokryta z obou stran katalyzátorem anody a katody (MEA). Na anodě vznikají rozkladem vodíku protony, které difundují skrz membránu ke katodě, kde se reagují s kyslíkem na vodu, viz obr. 1. Jedním z důležitých faktorů určujícím účinnost systému je vytvoření vhodných rozhraní mezi nanostrukturními katalyzátory, tvořeným nanočásticemi o velikosti jednotek až desítek nm, a membránou. Studium těchto rozhraní za použití běžných analytických metod velmi obtížné, protože se jedná o sendvičovou strukturu a rozhraní katalyzátor - PEM se nachází uvnitř struktury.

Metoda řádkovací elektronové mikroskopie (SEM) kombinovaná s metodou fokusovaného iontového svazku (FIB) spolu s EDX představuje ideální a prakticky jediný nástroj, umožňující studium vnitřní části MEA, včetně procesů, které jsou pro funkci MEA zásadní, především difúzi materiálu katalyzátoru do membrány a chemické a morfologické změny na rozhraní, které mají vliv na životnost článku. Příklad studia difúze platiny, v důsledku elektrochemického cyklování MEA, do polymerní membrány MEA je uveden na obrázku 2, převzato z [3].

Použité experimentální metody studia budou především SEM-FIB, EDX, případně cyklická voltametrie.