Nanorakenteisten katalyyttien ja piimikrorakenteiden tutkimus polymeerielektrolyyttimembraanipolttokennossa

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Suorametanolipolttokennot (SMPK) tuottavat sähköenergiaa suoraan kemiallisesta energiasta. Ne ovat lupaava vaihtoehto kannettavien laitteiden voimanlähteeksi, koska metanolilla on korkea energiatiheys ja lataaminen tapahtuu nopeasti polttoainelisäyksellä. SMPK:lla on kuitenkin rajoitteina metanolin hidas hapetusreaktio ja katodille kulkeutuneen metanolin reagoiminen. Uusia katalyyttejä etsitään jatkuvasti, mutta ne testataan usein vain aktiivisuuden osalta ja SMPK-testaus jätetään pois, vaikka katalyyttikerroksen (KK) rakenne vaikuttaa huomattavasti SMPK:n toimintaan. Systeemin pienentäminen on myös tärkeää kannettavia sovelluksia varten. Piin etsaaminen on tapa tuottaa pieniä rakenteita polttokennoihin korvaamaan ja tehostamaan perinteisten komponenttien toimintaa. Väitöskirjan 1. osassa tutkittiin uusia katalyyttejä SMPK:ta varten painottaen KK:n rakennetta. Anodilla tarkasteltiin tukiaineiden vaikutusta perinteisen hiilimustan ja vaihtoehtoisten hiilinanoputkien ja hiilinanokuitujen kanssa. Vaihtoehtoiset aineet olivat tehokkaampia SMPK:ssa, mutta niiden stabiilius ei ollut hiilimustan tasolla. Hiilinanokuidut kuitenkin muodostivat hyvin huokoisen KK:n parantaen aineensiirtoa, joten sidosaineen määrä voitiin nostaa niin, että stabiilius nousi hiilimustan tasolle ja suorituskyky 30 %. Hiilinanoputkia tutkittiin myös entsymaattisessa metanolin hapetuksessa immobilisoimalla sen pinnalle kofaktori pyrrolokinoliinikinoni (PKK) ja mittaamalla sen sähkökemiaa. PKK:ta saatiin adsorboitua suuri määrä ja elektrodilla oli redox-vaste laajalla pH-välillä. Katodilla testattiin metanolia sietäviä, Pt-vapaita typpidoupattuja hiilinanoputkia alkalisessa SMPK:ssa, koska tämän tyyppisiä katalyyttejä ei ollut testattu laajasti näissä olosuhteissa. Uuden katalyytin teho oli ennätyksellisesti 4 kertaa parempi kuin Pt-katalyytin käyttäen ilmaa hapettimena. Väitöskirjan 2. osassa valmistettiin integroitu kaasudiffuusiokerros Si nanoneulasista (nanoruoho), jota testattiin mikropolttokennossa (MPK). Kerros toimi hyvin alhaisilla virrantiheyksillä. Enemmän tehoa vaativiin sovelluksiin otettiin käyttöön normaali hiilikangas ja nanoruohoa käytettiin vähentämään kontaktivastusta sen ja virtauskanaviston välillä. Nanoruohon käyttö paransi MPK tehoa ja kestävyyttä. Lopuksi MPK:ja käytettiin uusien SMPK-katalyyttien testaamiseen ja tuloksia verrattiin laboratoriokokoisella kennolla saatuihin. Tuloksissa oli eroja, mikä osoittaa, että myös SMPK-komponenteilla on suuri merkitys katalyyttitestauksessa.
    Julkaisun otsikon käännösNanorakenteisten katalyyttien ja piimikrorakenteiden tutkimus polymeerielektrolyyttimembraanipolttokennossa
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Kontturi, Kyösti, Vastuuprofessori
    • Kallio, Tanja, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-5702-6
    Sähköinen ISBN978-952-60-5703-3
    TilaJulkaistu - 2014
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • suorametanolipolttokenno
    • hiilinanomateriaalit
    • mikropolttokennot
    • katalyyttikerros

    Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Nanorakenteisten katalyyttien ja piimikrorakenteiden tutkimus polymeerielektrolyyttimembraanipolttokennossa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä