Electrochemical evaluation of new materials in polymer electrolyte fuel cells

Tid: Ti 2019-11-05 kl 10.00

Plats: F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm (English)

Ämnesområde: Kemiteknik

Respondent: Björn Eriksson , Tillämpad elektrokemi

Opponent: Professor Piotr Zelenay, Materials Physics and Applications Division, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos,NM 87545, USA

Handledare: Professor Carina Lagergren, Kemiteknik, Tillämpad elektrokemi; Professor Göran Lindbergh, Kemiteknik, Tillämpad elektrokemi; Associate Professor Rakel Lindström,

Abstract

Polymerelektrolytbränsleceller (PEFC) omvandlar den kemiskt bundna energin i vätgas till elektrisk energi och värme, med endast vatten som utsläpp. Bränsleceller ses som en viktig del i att skapa en hållbar energisektor. Det största hindret för kommersialisering är kostnaden och den begränsande livslängden. Syftet med denna avhandling är att utvärdera nya material som skulle kunna sänka kostnaden och öka hållbarheten av PEFC. För att minska mängden dyr platinakatalysator i bränslecellen har aktiviteten av legerade katalysatorer av platina och sällsynta jordartsmetaller testats. För att öka livslängden av bränslecellen har kolkorrosionsegenskaperna av flerväggade kolnanorör (MWCNT) utvärderats. För att kunna minska den totala kostnaden på bränslecellsstacken har kol- och metallbelagda bipolära plattor undersökts. För att öka livslängden och öka prestandan av anjonledande membran har vattentransportegenskaperna av dessa membran studerats.

Resultaten visar att de legerade katalysatorerna hade mer än två gånger högre elektrokemisk aktivitet än ren platina. Ännu högre elektrokemiska aktiviteter bör kunna erhållas om ytstrukturen kan förbättra ytterligare.

För MWCNT var kolkorrosionen lägre än för de konventionella kolpartiklarna av Vulcan XC-72. Efter mycket korrosion, kollapsade dock den porösa strukturen, vilket ledde till stora förluster i prestanda.

De kolbelagda bipolära plattorna uppvisade inga signifikanta ändringar i kontaktmotstånd (ICR) efter de elektrokemiska testerna. Detta betyder att de är stabila i bränsleceller. De NiMo- och NiMoP-belagda bipolära plattorna hade låga ICR-värden, dock ledde beläggningens närvaro till försämringar av membran- och elektrodegenskaper.

Alla testade anjonledande membran uppvisade liknande vattentransportegenskaper, med ökning av vatten på både anoden och katoden under drift. Membranens tjocklek visade sig ha störst påverkan på vattentransporten. Med tjockare membran detekterades mindre vatten på katoden, vilket betyder att tillbakaflödet av vatten hämmas av membranets tjocklek.

Sammanfattningsvis visar resultaten att alla nya testade material i alla fall till viss del kan lösa problemen med den höga kostnaden och korta livslängden och därmed öka den totala prestandan av PEFC.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-261102

Innehållsansvarig:Sabina Fabrizi
Tillhör: CBH
Senast ändrad: 2019-10-23