IEA AFC Annex 31: Effect of PdNiBi Metal Content: Cost Reduction in Alkaline Direct Ethanol Fuel Cells (2022)
Bibliographische Daten
Michaela Roschger, Sigrid Wolf, Boštjan Genorio und Viktor HackerHerausgeber: MDPI, Sustainability 14, 22, 2022
Englisch, 15 Seiten
Inhaltsbeschreibung
Zur Herstellung der Pd85Ni10Bi5-Katalysatoren mit Kohlenstoffträger wurde die modifizierte Instant-Reduktionsmethode verwendet. Das optimale atomare Metallverhältnis wurde beibehalten, aber der Metallgehalt auf dem Kohlenstoffträgermaterial wurde von 40 Gew.-% auf 30 Gew.-%, 20 Gew.-% und 10 Gew.-% reduziert. Die Synthese selbst wurde wie für die Flüssig-NaBH4-Synthese beschrieben durchgeführt, jedoch wurden unterschiedliche Metallsalzmengen genutzt.
Die Bi-Konzentration in allen Katalysatoren wurde durch induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie bestimmt, die Bestimmung der Kristallstruktur der PdNiBi/C-Katalysatoren erfolgte durch Röntgenbeugung am Pulver. Die Morphologie, Partikelgröße und -verteilung der Katalysatorpulver sowie die Schichtdicke und Beschichtung der Elektroden wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie analysiert.
Die vier hergestellten PdNiBi/C-Katalysatoren wurden zunächst elektrochemisch mit zyklischer Voltammetrie und Chronoamperometrie charakterisiert, um die elektrochemisch aktive Oberfläche, die Aktivität für EOR und die Stabilität zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurde eine Drei-Elektroden-Anordnung verwendet, bestehend aus: Arbeitselektrode, Referenzelektrode und Gegenelektrode. Für die Messung und Datenanalyse wurden ein Potentiostat und ein Auswerteprogramm von GAMRY Instruments verwendet.
In dieser Studie wurde der Metallgehalt der Katalysatoren erfolgreich reduziert und die Aktivität verbessert. Die elektrochemische Oberfläche (695 cm2/mg) der Katalysatoren und die Leistung in Bezug auf EOR wurden erhöht, was zu hohen Spitzenstromdichten von bis zu 3,72 A/mg führte, was auf die besser zugänglichen Metallpartikel zurückzuführen ist.
Die Reduzierung des Metallgehalts der PdNiBi/C-Katalysatoren wirkt sich auch positiv auf die Leistung der Katalysatoren in MEAs bei Einzelzellmessungen aus und verbessert diese. Die maximale Leistungsdichte wurde verdoppelt (Vergrößerung um fast 20 mW/mg), indem der Metallgehalt des Katalysators um 10 Gew.-% verringert und die Metallbeladung der Elektrode konstant gehalten wurde. Eine maximale Leistungsdichte von 34,8 mW/mg wurde bei einer Betriebstemperatur von 50 °C erreicht.