Studium tenkovrstvových katalyzátorů pro redukci kyslíku na katodách palivových článků s polymerní membránou

Redukce kyslíku (oxygen reduction reaction – ORR) je reakce probíhající na katodách palivových článků s polymerní membránou (PEMFC). Průběh a efektivita ORR ovlivňují zásadní měrou efektivitu celého článku a na výrobu katodových katalyzátorů připadá hlavní část spotřeby platiny, nebo jejich slitin. Proto katodové katalyzátory představují nejnákladnější položku ve výrobě PEMFC.

V práci se řešitelka zaměří na přípravu tenkých vrstev katalyzátorů připravených magnetronovým naprašováním s obsahem Pt nižším než 200 ug Pt/cm2. Vedle čisté Pt bude studovat i její slitiny s dalšími kovy jako např. Ni a Co, případně i tzv. bezplatinové katalyzátory, pokud se v průběhu řešení práce objeví nový perspektivní materiál. Cílem práce bude využít pro katalyzátory i vhodné mikro a nano porézní nosiče s vysokým povrchem a elektronovou a iontovou vodivostí zajišťující vyšší efektivitu aktivní fáze. Z vybraných kombinací katalyzátor-nosič dále připravit s využitím vhodného typu polymerní membrány sestavy MEA (membrane electrode assembly) pro testování v palivových článcích.

Testování katalyzátorů bude probíhat na pokročilých experimentálních testovacích stanicích jak pro vodíkové tak pro metanolové články, které umožňují nastavovat prakticky všechny důležité provozní parametry v širokém rozsahu a tím získávat informace o mechanizmu reakcí, faktorech omezující efektivitu a životnost MEA a provádět elektrochemické a impedanční analýzy k určení vlastností katalyzátorů.

Cílem práce bude na základě testů vytipovat nejvhodnější řešení MEA s tenkovrstvovými katalyzátory pro ORR s malým obsahem Pt z hlediska specifického výkonu (W/mg Pt) a provést materiálové, strukturní a elektrochemické analýzy těchto materiálů.