IEA AFC Annex 35: Paper "Efficient, Chitosan/Nitrogen-doped Reduced Graphene Oxide Composite Membranes for Direct Alkaline Ethanol Fuel Cells" (2021)
Bibliographische Daten
S. Gorgieva, A. Osmić, S. Hribernik, M. Božič, J. Svete, V. Hacker, S. Wolf, B. GenorioHerausgeber: Chitosan Functionalizations, Formulations and Composites 2.0
Englisch, 7 Seiten
Inhaltsbeschreibung
Einleitung und Methoden
Es wird auf die Herausforderungen und Vorteile in der Alkalischen Direkt-Ethanol-Brennstoffzelle und die Verwendung von Chitosan (CS) als biobasiertes, ungiftiges, thermisch stabiles und kostengünstiges Polymer eingegangen. Zusätzlich wird der Vorteil durch die Zugabe von Graphen Materialien aufgezeigt.
Die Synthesemethode zur Herstellung von drei verschiedenen Graphen Derivaten (2D und quasi 1D N-dotierte reduzierte Graphenoxide (N-rGO) und Nanobänder (N-rGONRs), sowie 3D poröse N-dotierte graphitische Polyenaminonpartikel (N-pEAO) mit Stickstoff funktionellen Gruppen, d.h. pyridinisches N, pyrrolisches N und quaternäres oder graphitisches N) wie auch die Herstellung der daraus erzeugten Membranen wird angeführt und die physikochemischen wie elektrochemischen Charakterisierungsmethoden beschrieben.
Ergebnisse
Die größte (0,07%) Beladung mit N-dotierten Graphen-Derivaten führt zu einer signifikanten Veränderung der Morphologie der CS-Membran, einer Verringerung der Kristallinität, der Zugeigenschaften, der KOH-Aufnahme und einer Erhöhung (um fast das 10-fache) der Ethanol-Permeabilität.
Die Ausnahme sind Membranen mit N-pEAO-Beladung, bei denen die intensivste Wechselwirkung mit CS nachgewiesen wurde, was auf die poröse 3D-Struktur des Füllstoffs zurückzuführen ist, die den Einschluss von CS in der Präparationsphase ermöglicht.
Die Membranleistung der präparierten Membranen wurde weiter in direkten alkalischen Ethanol-Testzellen getestet, wobei sich herausstellte, dass die CS/N rGONRs (0,07 %) Membran die Leistung der reinen CS-Membran (Pmax. = 3,7 mWcm-2) deutlich übertrifft. Bei 57 °C und dem konzentrierten Anodenbrennstoff 3M EtOH/5 M KOH ermöglicht dieselbe Membran eine Leerlaufspannung von 1095 mV, was nahe an der theoretischen Spannung von 1140 mV liegt, während eine Pmax. von 34,5 mWcm-2 bei einer Stromdichte von 152,54 mAcm-2 erreicht werden konnte. Diese Ergebnisse deuten voll auf das Potenzial der neu vorgeschlagenen Membranen für die Anwendung in Direkt-Ethanol-Brennstoffzellen hin.