IEA AFC Annex 35: Paper "Novel Bimetallic Pd–X (X = Ni, Co) Nanoparticles Assembled on N-Doped Reduced Graphene Oxide as an Anode Catalyst for Highly Efficient Direct Sodium Borohydride–Hydrogen Peroxide Fuel Cells" (2021)
Bibliographische Daten
M. G. Hosseini, V. Daneshvari-Esfahlan, S. Wolf, V. HackerHerausgeber: ACS Appl. Energy Mater. 2021
Englisch
Inhaltsbeschreibung
Einleitung
Es wird auf die Herausforderungen und Vorteile in der direkten Natrium Borhydrid-Wasserstoffperoxid-Brennstoffzelle eingegangen und der Vorteil durch die Zugabe von Graphen Materialien aufgezeigt. Als ein weiterer wichtiger Parameter für die hohe Leistung einer solchen Zelle wird die Membran-Elektroden-Einheit (MEE) angegeben.
Methoden
Die Synthesemethode zur Herstellung des Trägermaterials und der bimetallischen Pd-X (X = Ni, Co) Nanopartikeln auf stickstoffdotiertem reduziertem Graphenoxid (N-rGO) mittels einer thermische Festkörpertechnik und anschließende Polyol Reduktion wird angeführt und die physikochemische sowie elektrochemische Charakterisierung erklärt.
Ergebnisse
Die physikalische Charakterisierung der synthetisierten Materialien wird mittels Fourier Transformations-Infrarotspektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie Transmissionselektronenmikroskopie, energiedispersiver Röntgenspektroskopie und Röntgenbeugung untersucht. Die Ergebnisse bestätigen die gleichmäßige Verteilung von Nanopartikeln auf stickstoffdotiertem reduziertem Graphen Oxid mit einer Größe von 11-13 nm. Die elektrochemischen Halbzellentests werden durchgeführt, um ihre elektrokatalytischen Eigenschaften gegenüber Borhydrid-Oxidation in einer alkalischen Lösung zu untersuchen.
Obwohl für beide Katalysatoren eine perfekte Leistung beobachtet wird, zeigt Pd-Ni/N-rGO eine höhere Stromdichte, bessere Stabilität, ein negativeres Onset Potential, eine niedrigere Aktivierungsenergie und einen geringeren Ladungstransferwiderstand als der andere.
Kinetische Studien deuten auf eine Reaktion erster Ordnung mit 6,83 und 6,06 ausgetauschten Elektronen während der Borhydrid-Oxidationsreaktion für Pd-Ni/N-rGO und Pd-Co/N-rGO Elektrokatalysatoren. Schließlich wird eine direkte Natriumborhydrid-Wasserstoffperoxid-Brennstoffzelle aufgebaut, die Pt/C als Kathode und Pd-X (X = Ni, Co)/N-rGO als Anode. Maximale Leistungsdichtewerte von 353,84 und 275,35 mW cm-2 bei 60 °C werden für Pd-Ni/N-rGO bzw. Pd-Co/N-rGO erhalten.