Methods of Studying Electrocatalysts in Polymer Electrolyte Membrane Cells

Julkaisun otsikon käännös: Elektrokatalyyttien tutkimusmenetelmät polymeerielektrolyyttimembraanikennoissa

Olli Sorsa

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Joustavien energian varastointimenetelmien tarve lisääntyy, kun siirrymme kohti uusiutuvaa energiantuotantoa. Polymeerielektrolyyttimembraanikenno (PEM) teknologiat mahdollistavat helposti skaalattavia laitteita, joissa sähköenergia voidaan varastoida vedyksi vettä hajottamalla. Tarvittaessa vety voidaan muuntaa takaisin sähköenergiaksi korkealla hyötysuhteella. PEM-teknologioiden käyttö ei ole vielä yleistynyt, koska niiden komponentit ovat kalliita ja osa komponenteista huonosti kestäviä. Siksi näiden teknologioiden kehityksessä tarvitaan materiaalien perustutkimusta. Erityisesti elektrokatalyyttien tutkimus on tärkeää, sillä vain kriittisiksi raaka-aineiksi luokiteltuja platinametalleja käytetään kaupallisten sovellusten katalyytteinä. Tämä työ keskittyy kahteen tällä hetkellä kaupallisesti kannattavimpaan PEM-kenno tyyppiin: veden PEM-elektrolyyseriin ja PEM-polttokennoon. Työssä esitellään uusia vaihtoehtoja elektrokatalyyteiksi, joilla voitaisiin vähentää kriittisten raaka-aineiden tarvetta näissä laiteissa ja parantaa niiden kestävyyttä. Elektrokatalyyttien kokeellista tutkimusta voidaan suorittaa kahdessa eri kennotyypissä: puolikennossa ja kokokennossa. Puolikennossa tehtävät kokeet ovat hyödyllisiä katalyyttimateriaalien seulonnassa, mutta katalyytin kaupallistaminen vaatii laajoja kokokennomittauksia. Koska kokokennomittauksissa käytetään hyvin erilaisia mittausohjelmia ja koska niiden teoreettista taustaa ei aina tunneta täysin, tämä väitöskirja käy läpi erilaisia elektrokatalyyttien mittaustekniikoita kokokennosysteemeissä. Työssä painotetaan kokokennojen kestävyyskokeita ja häviömekanismien tarkastelua sähkökemiallisen impedanssispektroskopian avulla. Kokokennomittauksissa sekä anodi että katodi vaikuttavat koko kennon suorituskykyyn. Jotta niiden vaikutukset voidaan erottaa, tarvitaan referenssielektrodi. Tässä työssä esitellään uusi PEM-elektrolyyserille tarkoitettu referenssielektrodi ja sitä hyödynnetään kaupallisten anodi- ja katodikatalyyttimateriaalien kestävyyden tutkimiseen. Katodikatalyytissä havaittiin platinananopartikkeleiden nopeaa kasvua ja hiilikantajan korroosiota. Sen korvaajaksi ehdotetaan hiilinanoputkia kantajana käyttävää katalyyttiä, jonka rakenteen havaittiin hajoavan selvästi hitaammin näillä mekanismeilla. PEM-polttokennon katodikatalyytin nanopartikkeleiden nopean kasvun ratkaisuksi ehdotetaan mesohuokoista kalvomaista platinakatalyyttiä. Sen katalyyttinen aktiivisuus heikkeneekin huomattavasti kaupallista katalyyttiä hitaammin, ja sen aktiivisuutta saatiin nostettua entisestään käyttämällä platinan ja koboltin seosta. Katalyyttitutkimuksen kannalta on olennaista ymmärtää, mitä katalyytille tapahtuu kennon ollessa päällä. Tässä työssä esitetyillä menetelmillä on mahdollista syventää sitä ymmärrystä, jotta voidaan kehittää nykyisiä katalyyttejä ja suunnitella seuraavan sukupolven katalyyttejä.
Julkaisun otsikon käännösElektrokatalyyttien tutkimusmenetelmät polymeerielektrolyyttimembraanikennoissa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Kallio, Tanja, Vastuuprofessori
  • Kanninen, Petri, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0018-1
Sähköinen ISBN978-952-64-0019-8
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • polymeerielektrolyyttimembraani
  • polttokenno
  • elektrolyyseri
  • sähkökemiallinen impedanssispektroskopia
  • katalyyttien kestävyys

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Elektrokatalyyttien tutkimusmenetelmät polymeerielektrolyyttimembraanikennoissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä