journal of sumber daya 130

79
Journal of Sumber Daya 130 (2004) 61-76 Tinjau Sel bahan bakar PEM elektroda S. Litster1, G. McLean * Angstrom Power Inc, 106 980 W. 1st-St, North Vancouver, BC, Kanada V7P 3N4 Menerima 13 November 2003; diterima 14 Desember 2003 Abstrak Desain elektroda untuk membran sel bahan bakar polimer elektrolit (PEMFC) merupakan keseimbangan halus media transportasi. Konduktansi gas, elektron, dan proton harus dioptimalkan untuk menyediakan transportasi yang efisien ke dan dari reaksi elektrokimia. Hal ini dilakukan melalui pertimbangan cermat dari volume media budidaya yang dibutuhkan oleh setiap fase dan distribusi masing melakukan jaringan. Selain itu, masalah banjir elektroda tidak dapat diabaikan dalam proses desain elektroda. Ulasan ini adalah survei baru-baru ini literatur dengan tujuan untuk mengidentifikasi komponen umum, desain dan metode perakitan untuk elektroda PEMFC. Kami menyediakan

Upload: cilik-anagh-bedugul

Post on 16-Apr-2015

49 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Journal of Sumber Daya 130

Journal of Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Tinjau

Sel bahan bakar PEM elektroda

S. Litster1, G. McLean *

Angstrom Power Inc, 106 980 W. 1st-St, North Vancouver, BC, Kanada V7P 3N4

Menerima 13 November 2003; diterima 14 Desember 2003

Abstrak

Desain elektroda untuk membran sel bahan bakar polimer elektrolit (PEMFC) merupakan keseimbangan halus media transportasi. Konduktansi

gas, elektron, dan proton harus dioptimalkan untuk menyediakan transportasi yang efisien ke dan dari reaksi elektrokimia. Hal ini dilakukan

melalui pertimbangan cermat dari volume media budidaya yang dibutuhkan oleh setiap fase dan distribusi masing melakukan

jaringan. Selain itu, masalah banjir elektroda tidak dapat diabaikan dalam proses desain elektroda. Ulasan ini adalah survei

baru-baru ini literatur dengan tujuan untuk mengidentifikasi komponen umum, desain dan metode perakitan untuk elektroda PEMFC. Kami menyediakan

gambaran metode fabrikasi yang telah terbukti untuk menghasilkan elektroda yang efektif dan orang-orang yang kita telah dianggap memiliki masa depan yang tinggi

potensial. Kinerja relatif dari elektroda ditandai untuk memfasilitasi perbandingan antara metodologi desain.

Page 2: Journal of Sumber Daya 130

© 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Kata kunci: Polimer elektrolit membran sel bahan bakar (PEMFC), Catalyst lapisan; Gas lapisan difusi, Thin-film elektroda, PTFE-terikat elektroda; tergagap

elektroda

1. Pengantar

Aplikasi pertama dari membran pertukaran proton

(KEP), juga disebut sebagai membran elektrolit polimer,

dalam sel bahan bakar adalah pada tahun 1960 sebagai sumber daya tambahan

dalam penerbangan ruang angkasa Gemini. Selanjutnya, kemajuan dalam hal ini

Teknologi yang stagnan sampai akhir 1980-an ketika mendasar

desain mengalami rekonfigurasi signifikan. Baru

fabrikasi metode, yang sekarang telah menjadi konvensional,

diadopsi dan dioptimalkan untuk tingkat tinggi. Mungkin, yang

paling signifikan penghalang yang PEM sel bahan bakar harus diatasi

adalah jumlah mahal dari platinum yang dibutuhkan sebagai katalis.

Jumlah besar platinum dalam sel bahan bakar PEM asli

salah satu alasan mengapa sel bahan bakar dikeluarkan dari komersialisasi.

Dengan demikian, rekonfigurasi bahan bakar PEM

sel ditargetkan lebih langsung pada elektroda yang digunakan

dan, lebih khusus, untuk mengurangi jumlah platinum

di elektroda. Hal ini terus menjadi kekuatan pendorong untuk

penelitian lebih lanjut pada elektroda sel bahan bakar PEM.

Sebuah sel bahan bakar PEM adalah sel elektrokimia yang makan hidrogen,

Page 3: Journal of Sumber Daya 130

yang teroksidasi di anoda, dan oksigen yang

dikurangi pada katoda. Proton dilepaskan selama oksidasi

hidrogen dilakukan melalui ex proton

*

Sesuai penulis. Tel:. +1-604-980-9936, Faks: +1-604-980-9937.

E-mail: [email protected] (G. McLean).

1 Hadir Alamat: Institute for Energy Systems Terpadu, Universitas

Victoria, Vic, Kanada V8W 3P6..

mengubah membran ke katoda. Karena membran adalah

tidak elektrik konduktif, elektron dilepaskan dari

hidrogen perjalanan sepanjang jalan memutar listrik disediakan dan

arus listrik yang dihasilkan. Reaksi-reaksi dan jalur

ditunjukkan secara skematis pada Gambar. 1.

Di jantung dari sel bahan bakar PEM adalah membran

elektroda perakitan (MEA). The MEA digambarkan dalam

skematik dari sel bahan bakar PEM tunggal ditunjukkan pada Gambar. 1. Itu

MEA biasanya terjepit oleh dua piring aliran lapangan yang

sering dicerminkan untuk membuat piring bipolar ketika sel-sel yang

ditumpuk dalam seri untuk tegangan yang lebih besar. The MEA terdiri

Page 4: Journal of Sumber Daya 130

dari membran pertukaran proton, lapisan katalis, dan gas

difusi lapisan (GDL). Biasanya, komponen ini adalah

dibuat secara individual dan kemudian ditekan untuk bersama-sama tinggi

suhu dan tekanan.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1, elektroda dianggap disini sebagai

komponen yang span dari permukaan membran

ke saluran gas dan arus kolektor. Sebuah skema elektroda

diilustrasikan pada Gambar. 2. Meskipun membran adalah

terpisahkan bagian dari MEA, review desain dan fabrikasi

membran polimer elektrolit berada di luar lingkup

dari tulisan ini. Namun, antarmuka antara membran

dan elektroda sangat penting dan akan diberi perhatian nya.

Saat kolektor dan saluran gas, biasanya dalam

bentuk pelat bipolar, tidak akan ditinjau disini.

Elektroda yang efektif adalah salah satu yang benar menyeimbangkan

transportasi proses yang diperlukan untuk sel bahan bakar operasional, seperti

ditunjukkan pada Gambar. 2. Proses transportasi tiga diperlukan adalah

0378-7753 / $ - lihat hal depan © 2004 Elsevier BV All rights reserved.

doi: 10.1016/j.jpowsour.2003.12.055

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Page 5: Journal of Sumber Daya 130

Gambar. 1. Skema dari sel bahan bakar pertukaran proton tunggal khas membran.

pengangkutan:

1. proton dari membran ke katalis;

2. elektron dari arus kolektor untuk katalis melalui

difusi gas lapisan, dan

3. gas reaktan dan produk ke dan dari katalis

lapisan dan saluran gas.

Proton, elektron, dan gas sering disebut sebagai

tiga fase yang ditemukan di lapisan katalis. Bagian dari optimasi

dari desain elektroda adalah upaya untuk benar mendistribusikan

jumlah volume lapisan katalis antara

Media transportasi untuk masing-masing dari tiga tahap untuk mengurangi

transportasi kerugian. Selain itu, persimpangan intim ini

Gambar. 2. Transportasi gas, proton, dan elektron dalam sel bahan bakar PEM

elektroda.

transportasi proses pada partikel katalis sangat penting untuk efektif

pengoperasian sel bahan bakar PEM. Setiap bagian dari

elektroda sekarang akan diperkenalkan.

1.1. Katalis lapisan

Page 6: Journal of Sumber Daya 130

Lapisan katalis berada dalam kontak langsung dengan membran

dan lapisan difusi gas. Hal ini juga disebut sebagai aktif

lapisan. Dalam kedua anoda dan katoda, lapisan katalis adalah

lokasi reaksi setengah-sel dalam sel bahan bakar PEM. Itu

katalis lapisan baik diterapkan pada membran atau gas

lapisan difusi. Dalam kedua kasus, tujuannya adalah untuk menempatkan katalis

partikel, platina atau platinum paduan (ditampilkan sebagai hitam

elips dalam Gambar. 2), dalam jarak dekat dari membran.

Generasi pertama bahan bakar membran polimer elektrolit

Sel (PEMFC) digunakan PTFE yang terikat Pt hitam electrocatalysts

yang dipamerkan baik kinerja jangka panjang pada prohibitively

biaya tinggi. [1]. Lapisan katalis konvensional

umumnya menampilkan beban platinum mahal dari 4 mg/cm2.

Sejumlah dermawan penelitian telah diarahkan untuk mengurangi

Pt memuat bawah 0,4 mg/cm2 [2,3]. Ini umumnya

dicapai dengan mengembangkan metode untuk meningkatkan pemanfaatan

dari platinum yang disimpan. Baru-baru ini, platinum loadings

serendah 0,014 mg/cm2 telah dilaporkan menggunakan novel

metode sputtering [4,5]. Sebagai konsekuensi dari ini terfokus

usaha, biaya katalis tidak lagi penghalang utama

ke komersialisasi sel bahan bakar PEM.

Selain pemuatan katalis, ada sejumlah katalis

Lapisan sifat yang harus hati-hati dioptimalkan

Page 7: Journal of Sumber Daya 130

untuk mencapai pemanfaatan tinggi dari bahan katalis: reaktan

difusivitas, konduktivitas ionik dan listrik, dan tingkat

hidrofobisitas semua harus hati-hati seimbang. Selain itu,

ketahanan katalis merupakan desain penting

kendala [1].

1.2. Lapisan difusi gas

Difusi lapisan gas berpori dalam sel bahan bakar PEM memastikan

bahwa reaktan efektif menyebar ke lapisan katalis. Selain itu,

lapisan difusi gas adalah konduktor listrik yang

mengangkut elektron ke dan dari lapisan katalis. Biasanya,

gas lapisan difusi dibangun dari karbon berpori

kertas, kain atau karbon, dengan ketebalan di kisaran

100-300 m.? Lapisan difusi gas juga membantu dalam air

manajemen dengan memungkinkan jumlah yang tepat air untuk

mencapai, dan akan diadakan di, membran untuk hidrasi. Selain itu,

gas lapisan difusi biasanya basah kedap dengan

PTFE (Teflon) lapisan untuk memastikan bahwa pori-pori gas

lapisan difusi tidak menjadi sesak dengan air cair.

1.3. Elektroda desain

Terbukti dan muncul metode yang digunakan untuk membangun

terintegrasi membran-elektroda diterangi di

ulasan ini. Dua desain elektroda banyak digunakan adalah

PTFE-bound dan film tipis elektroda. Muncul meth

Page 8: Journal of Sumber Daya 130

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

ods termasuk yang lapisan katalis menampilkan dibentuk dengan

elektrodeposisi dan vakum deposisi (sputtering). Di

umum, desain elektroda dibedakan oleh struktur

dan fabrikasi lapisan katalis. Selain itu, kami menyoroti

baru-baru ini prestasi dalam pengembangan difusi gas

lapisan. Namun, yang paling komersial sel bahan bakar PEM dan

Mayoritas dari mereka dilaporkan masih menggunakan konvensional

karbon kain atau kertas. Telah ada sejumlah besar

penelitian yang dilakukan pada menghasilkan difusi gas komposit

lapisan dengan porositas dinilai dan basah-pemeriksaan, serta

sebagai optimasi pembebanan karbon dan PTFE dalam gas

lapisan difusi. Laporan ini juga mencakup bagian yang menjelaskan

beberapa kemajuan terbaru dalam meningkatkan luas permukaan

katalis dengan optimalisasi mendukung katalis.

Ini sangat nyata diseluruh laporan bahwa paling umum

elektroda desain saat ini bekerja adalah film-tipis

desain. Desain film tipis ditandai oleh tipis

Nafion film yang mengikat partikel karbon didukung katalis.

Lapisan tipis Nafion menyediakan transportasi proton yang diperlukan

di lapisan katalis. Ini merupakan peningkatan yang signifikan

Page 9: Journal of Sumber Daya 130

lebih dari pendahulunya, lapisan katalis PTFE-terikat, yang

membutuhkan impregnasi kurang efektif dari Nafion. Namun,

salah satu kesalahan metode thin-film Nafion adalah ketahanan berkurang nya.

Metode meningkatkan ketahanan ini, seperti menggunakan

bentuk termoplastik dari ionomer tersebut, telah ditemukan dan

dilaporkan di sini. Menggerutu lapisan katalis disimpan memiliki

telah terbukti memberikan beberapa beban katalis terendah,

serta lapisan tipis. Jarak pendek konduksi

dari lapisan tipis tergagap menghilang kebutuhan dari

proton-budidayanya menengah, yang dapat menyederhanakan produksi.

Kinerja keadaan seni tergagap lapisan hanya

sedikit lebih rendah dibandingkan dengan konvensi film tipis saat ini.

Kinerja dari banyak elektroda terakhir

dilaporkan untuk mengakomodasi perbandingan antara desain.

Kinerja disediakan dalam bentuk kerapatan daya

pada 200 mA/cm2 dan 0,6 V. Ini kerapatan daya yang

benchmarked karena mereka biasanya mewakili dua karakteristik

elektroda. Pada 200 mA/cm2, kerugian dapat

terkait dengan overpotential aktivasi (kerugian terkait

dengan ketidak dapat dari reaksi kimia). The 0,6 V

patokan menggambarkan komponen resistif dari sel dan

kemampuannya untuk menyediakan transportasi yang memadai gas, elektron,

dan proton ke situs katalis. Bersama-sama, kedua benchmark

memberikan gambaran keseluruhan dari elektroda bahan bakar PEM sel

Page 10: Journal of Sumber Daya 130

kinerja. Namun, ketika membandingkan desain elektroda

penting untuk mempertimbangkan karakteristik operasi

seperti suhu, tekanan, dan kemurnian dari gas sebagai

mereka dapat memiliki efek utama pada kinerja sel bahan bakar.

2. PTFE-terikat metode

Sebelum pengembangan lapisan-lapisan tipis katalis [3],

PTFE-terikat lapisan katalis adalah konvensi [6-9]. Dalam

lapisan katalis, partikel katalis terikat oleh

struktur PTFE hidrofobik biasanya dilemparkan difusi

lapisan. Metode ini mampu mengurangi platinum

pemuatan sel bahan bakar PEM sebelumnya dengan faktor 10; dari 4

menjadi 0,4 mg/cm2 [9]. Dalam rangka menyediakan transportasi ion untuk

situs katalis, PTFE-terikat lapisan katalis biasanya

diresapi dengan Nafion dengan menyikat atau penyemprotan. Namun,

platinum pemanfaatan PTFE-terikat lapisan katalis tetap

sekitar 20% [8,10]. Namun demikian, peneliti memiliki

terus bekerja mengembangkan strategi baru untuk Nafion

impregnasi [7].

Beberapa low-platinum sel asli pemuatan bahan bakar PEM

menampilkan PTFE-terikat lapisan katalis yang dibuat oleh Ticianelli

et al. [9] di Los Alamos National Laboratory.

Page 11: Journal of Sumber Daya 130

Chun et al. [10] dibuat konvensional PTFE-terikat katalis

Lapisan elektroda untuk perbandingan langsung dengan arus

film tipis metode. Proses digunakan untuk membentuk

PTFE-terikat katalis lapisan MEA dalam penelitian mereka adalah rinci

bawah.

1. 20 wt.% Persen dari Pt / C partikel katalis yang mekanis

dicampur selama 30 menit dalam pelarut.

2. PTFE emulsi ditambahkan sampai menempati 30% dari

campuran.

3. Sebuah pembangun jembatan dan agen peptisasi ditambahkan,

diikuti oleh 30 menit pengadukan.

4. Bubur dilapisi ke kertas karbon basah kedap

menggunakan alat coating.

5. Elektroda ini kemudian dikeringkan selama 24 jam dalam ambien

udara, dan kemudian dipanggang pada 225 C selama 30 menit..

6. Elektroda digulung dan kemudian disinter pada 350. C

selama 30 menit.

7. Sebuah solusi Nafion 5 berat.% Yang disikat ke elektrokatalis

Lapisan (2 mg/cm2).

8. Elektroda Nafion-diresapi ditempatkan dalam

ovenat80 C dan. dibiarkan kering selama satu jam di ambien

udara.

9. Setelah kering, elektroda terikat pada H +

bentuk

Page 12: Journal of Sumber Daya 130

elektrolit polimer membran melalui menekan panas

pada 145 C selama 3 menit pada tekanan 193 atm untuk menyelesaikan.

perakitan membran elektroda.

2.1. Nafion impregnasi

Lee et al. [7] meneliti efek dari impregnasi Nafion

pada komersial rendah platinum elektroda pemuatan PEMFC.

Para peneliti menggunakan MEA konvensional dengan

PTFE-terikat katalis lapisan menampilkan beban platinum

0,4 mg/cm2. Nafion yang diresapi dalam struktur elektroda,

dengan pembebanan Nafion bervariasi 0-2,7 mg/cm2, bya

Metode menyikat. Hasil yang disajikan oleh Lee et al. menggambarkan

hubungan non-linear antara kinerja dan Nafion

loading. Selain itu, kurva polarisasi menunjukkan efek

bahwa komposisi oksidan memiliki pada jumlah optimum

pembebanan Nafion. Ketika oksidan adalah udara, ada

peningkatan tajam dalam kinerja sebagai beban Nafion meningkat

menjadi 0,6 mg/cm2. Namun, kinerja turun karena

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Nafion tambahan ditambahkan. Para peneliti menemukan bahwa

0,6 mg/cm2 adalah pemuatan Nafion yang ideal ketika beroperasi pada

udara. Ketika oksigen murni dipekerjakan sebagai oksidan, kinerja

meningkat dengan Nafion memuat hingga 1,9 mg/cm2.

Page 13: Journal of Sumber Daya 130

Perbedaan ini disebabkan transportasi massal menjadi membatasi

Tingkat saat udara adalah oksidan, seperti tekanan parsial oksigen

jauh lebih rendah. Tanpa penambahan beberapa Nafion, mayoritas

katalis situs yang tidak aktif. Namun, karena lebih

Nafion ditambahkan porositas berkurang komposit dan

membatasi perpindahan massa. Fenomena yang sama pada awalnya

disajikan oleh Ticianelli et al. [9].

3. Film tipis metode

Konvensi hadir dalam fabrikasi lapisan katalis untuk

Sel bahan bakar PEM adalah dengan menggunakan film tipis metode. Pada tahun 1993 nya

paten, Wilson [3] menggambarkan teknik film tipis untuk fabrikasi

katalis lapisan untuk sel bahan bakar PEM dengan katalis pembebanan

kurang dari 0,35 mg/cm2. Dalam metode ini hidrofobik

PTFE tradisional digunakan untuk mengikat lapisan katalis

diganti dengan ionomer perfluorosulfonate hidrofilik

(Nafion). Dengan demikian, bahan pengikat dalam lapisan katalis

terdiri dari bahan yang sama seperti membran. Bahkan

meskipun PTFE memiliki kualitas mengikat efektif dan menanamkan

menguntungkan hidrofobisitas dalam lapisan difusi gas, ada

ada manfaat khusus untuk kehadirannya di lapisan katalis

[11]. Pengikatan ulet lapisan katalis PTFE diperdagangkan

untuk konduktivitas protonat ditingkatkan dari Nafion-terikat

film tipis lapisan katalis. Film tipis lapisan katalis telah

ditemukan beroperasi pada hampir dua kali kepadatan kekuatan

PTFE-terikat lapisan katalis. Hal ini berkorelasi dengan aktif

Page 14: Journal of Sumber Daya 130

Daerah peningkatan 22-45,4% ketika Nafion-diresapi

dan PTFE-terikat lapisan katalis diganti dengan film-tipis

katalis lapisan [10]. Selain itu, film tipis MEA manufaktur

teknik lebih mapan dan berlaku

untuk stack fabrikasi [6]. Namun, daerah aktif

dari 45% menunjukkan masih ada potensi yang signifikan untuk

perbaikan.

Prosedur untuk membentuk lapisan film tipis katalis pada

membran, menurut sampai 1993 paten Wilson [3], ISAS

berikut:

1. Kombinasikan larutan 5% dari perfluorosulfonate dilarutkan

ionomer (seperti Nafion) dan 20% berat Pt / C katalis dukungan

dalam rasio 1:03 Nafion / katalis.

2. Menambahkan

air dan gliserol rasio berat 01:05:20

karbon-air-gliserol.

3. Campur larutan dengan USG sampai katalis adalah seragam

didistribusikan dan campuran yang memadai kental

untuk pelapisan.

4. Pertukaran ion membran Nafion ke Na +

bentuk dengan

merendamnya dalam NaOH, kemudian bilas dan biarkan kering.

5. Terapkan tinta karbon-air-gliserol menjadi salah satu sisi

Page 15: Journal of Sumber Daya 130

membran. Dua mantel biasanya diperlukan untuk memadai

katalis loading.

6. Keringkan membran dalam ruang hampa dengan suhu

sekitar 160. C.

7. Ulangi Langkah 5 dan 6 untuk sisi lain dari membran.

8. Ion-pertukaran perakitan ke bentuk terprotonasi oleh

ringan merebus MEA dalam 0,1 M H2SO4 dan pembilasan di

de-terionisasi air.

9. Tempatkan kertas karbon / kain terhadap film untuk menghasilkan

lapisan difusi gas.

Atau, lapisan katalis dapat diterapkan dengan menggunakan

cetak transfer metode di mana lapisan katalis dilemparkan

ke kosong PTFE. Lapisan katalis kemudian decaled ke

membran. Proses ini terutama digunakan untuk memudahkan fabrikasi

di laboratorium penelitian [1]. Selain itu coating, langsung

Metode (lapisan katalis dilemparkan langsung ke membran)

telah terbukti memberikan kinerja yang lebih tinggi karena

mereka menawarkan koneksi yang lebih baik ion antara membran

dan ionomer dalam lapisan katalis [6]. Untuk meningkatkan

platinum pemanfaatan, Qi dan Kaufman (QK) [12] direbus atau

dikukus elektroda sebagai langkah terakhir dalam pembuatan

mereka film tipis elektroda. Kertas mereka disajikan signifikan

peningkatan kinerja atas seluruh spektrum saat ini

kepadatan ketika elektroda dikukus atau direbus

selama 10 menit. Gamburzev dan Appleby (GA) [13] juga diterapkan

Page 16: Journal of Sumber Daya 130

tipis-film katalis lapisan untuk difusi gas karbon kain

lapisan. Metodologi mereka skematis dijelaskan dalam

Gambar. 3.

Paganin et al. [14] mendokumentasikan hasil dari sel bahan bakar

dengan lapisan katalis film tipis. Atau ke 1993 Wilson

paten [3], kelompok penelitian disikat bubur katalis

(Mengandung isopropanol bukan gliserol untuk mencapai

viskositas yang diinginkan) ke lapisan difusi gas daripada

membran. Kelompok ini mampu mencapai kinerja yang baik

dengan pembebanan platinum dan Nafion dari 0,4 dan 1,1 mg/cm2,

masing-masing, dengan menggunakan 20 wt.% Pt / C katalis partikel.

Gambar. 3. Persiapan elektroda difusi gas menggunakan film tipis

metodologi. Direproduksi dari [13].

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Penelitian DLR kelompok di Jerman [15,16] telah dikembangkan

persiapan kering lapisan metode untuk fabrikasi katalis

lapisan PTFE terikat oleh baik atau Nafion. Metode mereka terdiri

katalis pencampuran baik didukung atau tidak didukung kering

dengan bubuk PTFE atau Nafion dan penyemprotan kering dikabutkan

Campuran dalam aliran nitrogen ke salah karbon berpori

Page 17: Journal of Sumber Daya 130

difusi lapisan atau membran. Selanjutnya, perakitan

akan menjadi panas-ditekan atau digulung. Beberapa manfaat

dari teknik lapisan kering adalah kesederhanaan karena

kurangnya langkah penguapan, dan kemampuannya untuk menciptakan dinilai

lapisan dengan aliran campuran beberapa. Selain itu, platina

memuat dalam elektroda dibuat dilaporkan sebagai

serendah 0,08 mg/cm2. Hasil kinerja sel yang disajikan

oleh kelompok DLR menggambarkan metode persiapan dengan baik

potensial di masa depan untuk digunakan dalam produksi massal MEA.

Qi dan Kaufman (QK) [17] dari H Power Corporation

dilaporkan pada tahun 2003 di Pt rendah memuat kinerja tinggi

katoda untuk sel bahan bakar PEM. Metode yang digunakan adalah dari

thin-film berbagai, di mana didukung katalis dicampur

menjadi Nafion dan solusi air tanpa penambahan organik

pelarut. Solusi kental kemudian diterapkan pada

Elat lapisan difusi gas dan dikeringkan pada suhu moderat.

Karbon-didukung katalis yang dibeli dari

E-TEK. QK mencapai beberapa kepadatan daya tertinggi

dilaporkan dalam review ini (0,72 W/cm2 pada 75 C.) [17]. Semua

Sel uji QK yang menampilkan Nafion 112 membran.

Kerapatan daya yang tercantum dalam Tabel 1 menunjukkan kontras

antara kinerja film tipis lapisan katalis

dan lapisan katalis PTFE-terikat dalam studi yang dilakukan oleh

Page 18: Journal of Sumber Daya 130

Chun et al. [6]. Ada peningkatan dramatis dalam kinerja

ketika lapisan katalis terbentuk melalui film tipis

Metode. Selain itu, kurva polarisasi menunjukkan peningkatan

dalam kinerja diperoleh ketika lapisan katalis adalah

langsung dilapisi ke membran bukan pencetakan transfer

dengan PTFE kosong. Peningkatan ini merupakan hasil dari

antarmuka intim terbentuk antara Nafion dalam katalis

tinta dan membran ketika lapisan langsung dari

membran digunakan.

Paganin et al. [14] meneliti efek pembebanan platinum

pada film tipis sel mereka dengan rasio berat Pt / C 20 wt.%.

Mereka menemukan bahwa kinerja katoda ditingkatkan

secara signifikan ketika loading meningkat dari 0,1 sampai

Tabel 1

Perbandingan kinerja MEA berbagai (Nafion 115 membran,

H2/O2 Tekanan =

1/1 atm, H2/O2 feed rate =

8.5/3.8 l / min) [6]

Tipe densitas elektroda Daya kepadatan Daya

200 mA/cm2 pada 0,6 V

(MW/cm2) (mW/cm2)

Page 19: Journal of Sumber Daya 130

Komersial 140 233

PTFE-terikat 114 93

Film tipis, membran langsung 145 200

lapisan

Film tipis, transfer printing 129 147

(20% Pt / C)

Film tipis, transfer mencetak 123 132

(40% Pt / C)

Gambar. 4. Pengaruh pembebanan Pt terhadap kinerja untuk elektroda dibuat menggunakan

E-TEK 20% Pt / C, 35/45/45 C [17]..

0,3 mg/cm2. Ini adalah efek dari area aktif meningkat.

Sebaliknya, ada sedikit penurunan dalam kinerja

ketika loading itu meningkat menjadi 0,4 mg/cm2. Tidak ada penjelasan

diberikan untuk jawaban ini, tetapi bisa disebabkan oleh berkurangnya

reaktan transportasi ke daerah-daerah yang paling dekat dengan membran.

Mereka membandingkan beban dari 0,1 dan 0,4 mg/cm2 di anoda

dan menemukan pemuatan rendah untuk memberikan kinerja yang lebih baik.

QK [17] menemukan kinerja tertinggi dengan berat Pt / C

rasio 20% berat dan. loading platinum dari 0,20 ± 0,05 mg/cm2.

Pengaruh pembebanan platinum pada sel QK yang disajikan

pada Gambar. 4.

3.1. Nafion pemuatan

Page 20: Journal of Sumber Daya 130

Paganin et al. [14] dipastikan bahwa, dalam film tipis katalis

lapisan, ketika loading Nafion meningkat dari

0,87-1,75 mg/cm2 kinerja meningkat secara signifikan.

Selain itu, kinerja memburuk pada saat ini lebih tinggi

kepadatan ketika loading Nafion meningkat melampaui

2,2 mg/cm2, yang setara dengan persentase Nafion optimal

dari 33% dari berat lapisan katalis. Nilai-nilai

telah didukung oleh beberapa studi baru lainnya

[13,17,18]. Gambar. 5 adalah skema dari lapisan katalis yang

menggambarkan efek pembebanan Nafion. Pengaruh Nafion

bongkar, seperti yang ditemukan oleh QK [17], disajikan pada Gambar. 6.

Efek pembebanan Nafion pada kinerja yang tepat

digambarkan oleh hasil Song et al. [19], yang bervariasi

isi Nafion 0,2-2,0 mg/cm2 dalam film-tipis

Lapisan katalis menampilkan platinum memuat 0,4 mg/cm2.

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Gambar. 5. Skema representasi planar dari lapisan katalis. (A) Konten

dari Nafion terlalu rendah: tidak partikel katalis cukup dengan koneksi ionik

untuk membran. (B) konten Nafion Optimal: koneksi elektronik dan ion

baik seimbang. (C) Isi Nafion terlalu tinggi: partikel katalis

elektronik terisolasi dari lapisan difusi. Direproduksi dari [18].

Page 21: Journal of Sumber Daya 130

Tabel 2 menunjukkan bahwa peningkatan beban Nafion dari 0,2

menjadi 0,8 mg/cm2 secara dramatis meningkatkan densitas daya di

kedua spektrum. Hal ini menunjukkan peningkatan utilisasi

platina. Namun, ketika konsentrasi Nafion adalah

Gambar. 6. Pengaruh konten Nafion dalam lapisan katalis terhadap kinerja.

E-TEK 20% Pt / C, 35/45/45 C [17]..

Tabel 2

Densitas film tipis elektroda, dengan pemuatan Pt dari 0,4 mg/cm2,

mengandung konsentrasi ionomer Nafion berbagai lapisan katalis

[19]

Nafion ionomer Daya kepadatan kepadatan Daya

Konsentrasi 200 mA/cm2 pada 0,6 V

(Mg/cm2) (mW/cm2) (mW/cm2)

0.2 110 72

0.8 144 240

2.0 140 204

meningkat menjadi 2,0 mg/cm2, satu-satunya perubahan adalah

tajam penurunan kepadatan listrik pada rapat arus yang lebih tinggi.

Hal ini karena Nafion tambahan memblokir gas reaktan

dan Nafion hidrofilik kemungkinan menjebak air di

Page 22: Journal of Sumber Daya 130

katalis lapisan.

3.2. Pelarut organik

Pelarut organik seperti Gliserol biasanya ditambahkan

ke campuran tinta untuk meningkatkan paintability. Chun et al. [6]

meneliti efek dari gliserol dalam tinta katalis pada

kinerja tipis-film mereka elektroda. Mereka menemukan bahwa

gliserol tinggi konten (solusi Nafion 03:01 gliserol 5%) di

tinta katalis menyebabkan penurunan yang signifikan dalam kinerja pada

saat ini kepadatan di atas 350 mA/cm2. Chun et al. menunjukkan bahwa

pemuatan gliserol tinggi mengurangi bidang kontak antara

katalis dan Nafion, dan membatasi transfer biaya.

3.3. Pori pembentuk pada lapisan katalis

Fischer et al. [20] meneliti efek tambahan

porositas pada lapisan katalis film tipis katalis bahan bakar lapisan

sel. Mereka dibangun elektroda mereka menggunakan semprotan panas

Metode, di mana katalis katalis yang mengandung lumpur dan

Nafion disemprotkan ke lapisan difusi gas. Untuk membuat

porositas tambahan, beberapa jenis pembentuk pori yang

ditambahkan ke bubur, termasuk:

suhu rendah decomposable (amonium karbonat);

Page 23: Journal of Sumber Daya 130

suhu tinggi decomposable (amonium oksalat), dan

larut aditif (lithium karbonat).

Tanpa pembentuk pori, porositas lapisan katalis

adalah 35%. Amonium karbonat dan amonium oksalat meningkat

porositas hingga 42 dan 48%, masing-masing. Dengan

penambahan karbonat lithium, porositas meningkat menjadi 65%.

Namun, hal itu menunjukkan bahwa konduktivitas listrik menurun

(1,64-0,44 S/cm2) dengan peningkatan

porositas. Perubahan konduktivitas terbukti memiliki

sedikit pengaruh. Ditemukan bahwa penambahan pembentuk pori

membuat perbedaan diabaikan pada kinerja ketika

sel dipasok dengan oksigen. Namun, ada yang signifikan

peningkatan kinerja saat oksidan adalah udara

(Transportasi reaktan menjadi faktor pembatas).

GA [13] mendokumentasikan sebuah transportasi gas dan bahan bakar ditingkatkan

efisiensi sel dengan penambahan pembentuk pori proprietary

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

di lapisan katalis. Mantan pori dicampur dengan tinta

yang membentuk lapisan katalis. Setelah lukisan

katalis lapisan, bahan mantan pori dibubarkan dan pori-pori

terbentuk. Kalsium karbonat adalah pori khas mantan [21].

Page 24: Journal of Sumber Daya 130

Peningkatan efisiensi ditemukan dengan penambahan pori

mantan sampai tinta diadakan 44 wt.% pori mantan. Pada titik ini,

efisiensi lebih rendah daripada tidak ada mantan pori

kasus. Dengan lebih hadir mantan pori, laju perpindahan massa

meningkat. Namun, elektron dan proton transportasi tingkat

mudah menurun ketika mantan pori adalah tambahan. GA ditemukan

isi mantan optimum pori menjadi 33 berat.%.

Bertentangan dengan peningkatan dibahas sebelumnya dalam kinerja

dengan penambahan mantan pori dalam lapisan katalis,

Yoon et al. [22] menemukan penurunan kinerja dengan

penambahan baik 27 atau 60 berat.% etilen glikol sebagai pori

membentuk agen. Namun, tidak ada penjelasan diberikan untuk ini

dan hanya dapat diasumsikan bahwa etilena glikol adalah miskin

pilihan untuk agen pembentuk pori.

3.4. Termoplastik ionomer

Wilson dkk. [1] memperkenalkan metode yang menggunakan termoplastik

ionomer ke dalam lapisan katalis untuk melawan terus membusuk

kinerja sel bahan bakar dengan katalis buruk terikat

lapisan. Karya ini dipicu oleh penemuan bahwa Nafion

dapat dikonversi ke bentuk termoplastik oleh ion-bertukar

yang Nafion dengan besar ion kontra hidrofobik seperti

tetrabutilamonium (TBA +). Dalam bentuk termoplastik, yang

ionomer dapat diproses dalam fase cair, yang mengarah

Page 25: Journal of Sumber Daya 130

kemungkinan fabrikasi struktur ionomer dengan pencetakan

dan ekstrusi. Pembuatan katalis termoplastik

Lapisan ini mirip dengan metode thin-film digambarkan oleh

Wilson [3] (dengan masuknya TBA +

dalam pencampuran

tinta). Namun, ion-bertukar MEA ke terprotonasi

(H +) terhalang oleh + TBA hidrofobik. Akibatnya,

yang ionomer termoplastik membutuhkan lebih ketat

ion-bertukar proses daripada konvensional film tipis katalis

lapisan. Hasil yang disajikan menggambarkan sebuah sel bahan bakar dengan memadai

densitas daya dan rendah Pt beban (0,12 mg/cm2).

Selain itu, kekuatan kepadatan berkurang dengan hanya 10% setelah

4000 jam operasi. Chun et al. [6] juga ion-menukar

katalis lapisan ionomer ke TBA +

bentuk selama katalis

Lapisan persiapan. Namun, tidak ada kesimpulan pada cetakan

atau teknik ekstrusi yang dibuat. Efek dari

pertukaran ion pada ketahanan lapisan katalis tidak

dieksplorasi dalam makalah ini.

Yoon et al. [22] baru-baru ini bereksperimen dengan efek

ion-bertukar ionomer katalis lapisan Nafion ke

TBA +

bentuk. Hal ini dicapai melalui penambahan tetrabutilamonium

hidroksida (TBAOH) dengan katalis aslinya

Page 26: Journal of Sumber Daya 130

bubur yang mengandung elektrokatalis, ionomer Nafion, dan air.

Baik konvensional dan TBA +

versi film tipis katalis

lapisan yang disemprotkan pada lapisan difusi gas di berbagai

tetesan ukuran. Itu terlihat dalam pemindaian mikrograf elektron

bahwa ukuran butir dalam katalis meningkat dua kali lipat

dengan penambahan TBAOH. Perubahan dalam kinerja

Tabel 3

Densitas film tipis elektroda siap dengan katalis konvensional

tinta dan dengan penambahan TBAOH untuk menghasilkan bentuk termoplastik

dari ionomer Nafion [22]

Tinta persiapan Daya kepadatan kepadatan Daya

200 mA/cm2 pada 0,6 V

(MW/cm2) (mW/cm2)

Konvensional tinta 142 252

Penambahan TBAOH 146 288

karena penambahan TBAOH digambarkan dalam Tabel 3.In

Selain itu, dapat dilihat bahwa kasus optimal termoplastik

bentuk ionomer yang melakukan cukup baik

dari kasus non-termoplastik antara kepadatan saat ini

Page 27: Journal of Sumber Daya 130

200-500 mA/cm2. Pada kepadatan arus tinggi termoplastik

bentuk ionomer melakukan nyata baik. Yoon et al 's.

Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa terlalu halus atau terlalu kasar ukuran tetesan

dapat memiliki dampak yang signifikan terhadap kinerja.

3,5. Koloid Metode

Sebuah metode alternatif untuk konvensional film tipis teknik

adalah metode koloid. Biasanya, lapisan katalis

diterapkan sebagai solusi. Hal ini dipahami bahwa Nafion

membentuk solusi dalam pelarut dengan konstanta dielektrik yang lebih besar

dari 10. Sebuah pelarut yang khas adalah isopropil alkohol, yang memiliki

konstanta dielektrik 18,3. Bila normal-butil asetat,

yang memiliki konstanta dielektrik 5,01, digunakan sebagai

pelarut, koloid bentuk sebagai pengganti solusi. Shin et al. [23]

menyarankan bahwa dalam metode solusi konvensional katalis

partikel bisa berlebihan ditutupi dengan ionomer,

yang mengarah ke bawah-penggunaan platinum. Selain itu,

diusulkan bahwa dalam metode koloid ionomer yang

koloid menyerap partikel katalis dan lebih besar Pt / C aglomerat

terbentuk. Metode koloid diketahui

melemparkan jaringan terus menerus ionomer yang meningkatkan proton

transportasi.

Shin et al. [23] siap tinta katalis koloid dengan

mirip dengan pendekatan thin-film konvensional metode. A

Page 28: Journal of Sumber Daya 130

campuran Pt / C bubuk dan ionomer Nafion yang menetes

setetes demi setetes ke dalam asetat normal butil pelarut untuk membentuk

koloid ionomer. Tinta ini kemudian diperlakukan ultrasonically

untuk memungkinkan koloid untuk menyerap bubuk Pt / C. Tinta itu

kemudian disemprotkan melalui udara menyikat ke kertas karbon, yang

adalah untuk digunakan sebagai lapisan difusi gas. Dinyatakan bahwa

metode koloid adalah tinta disukai untuk metode penyemprotan,

karena membentuk aglomerat yang lebih besar. Kecil aglomerat

dibentuk dengan metode solusi memiliki kecenderungan untuk menembus

terlalu jauh ke dalam lapisan difusi gas, pori-pori memblokir diperlukan

untuk transportasi gas.

Ketebalan lapisan katalis yang Shin et al. [23]

dibentuk oleh tinta koloid adalah dua kali lipat dari 0,020 mm

lapisan tebal terbentuk dengan tinta solusi. Selain itu, ukuran

Pt / C aglomerat meningkat 550-736 nm dengan

pengenalan metode koloid. Lapisan katalis

dibentuk dengan tinta koloid yang panas-ditekan ke Nafion 115

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Tabel 4

Pengaruh metode tinta katalis persiapan pada kinerja sel (Pt

memuat =

0,4 mg/cm2, H2/O2 =

Page 29: Journal of Sumber Daya 130

1/1 atm, dan T

=

80 C). [23]

Tinta persiapan Daya kepadatan kepadatan Daya

200 mA/cm2 pada 0,6 V

(MW/cm2) (mW/cm2)

Ionomer solusi Metode 153 417

Ionomer koloid Metode 157 516

membran dan diuji dalam alat uji sel tunggal, bersama

dengan sel yang sama menampilkan lapisan katalis yang dibentuk oleh

Metode solusi. Metode koloid secara dramatis mengungguli

metode solusi pada kepadatan arus tinggi (lihat

Tabel 4 untuk kerapatan daya). Hal ini dikaitkan dengan signifikan

peningkatan dalam konduktivitas proton, serta moderat

peningkatan transportasi massal di lapisan katalis

dibentuk dengan tinta koloid. Shin et al. dikuantifikasi ini

perbaikan oleh lapisan resistensi memasukkan, terbentuk dari

aktif katalis lapisan, antara baik dan membran

katalis aktif layer atau lapisan katalis aktif dan gas

lapisan difusi. Peningkatan konduktivitas proton adalah karena

jaringan terus menerus dari ionomer dalam katalis koloid

Page 30: Journal of Sumber Daya 130

lapisan. Transportasi massal meningkat adalah produk yang lebih besar

aglomerat Pt / C di lapisan katalis koloid, yang

diterjemahkan menjadi porositas yang lebih tinggi, sehingga fluks yang lebih besar dari

reaktan dan produk gas.

3.6. Controlled self-assembly

Middelman [24] teknologi sel bahan bakar Nedstack dilaporkan

pada pengembangan lapisan katalis yang memiliki fitur terkontrol

morfologi untuk meningkatkan kinerja. Fabrikasi A

metode untuk membuat morfologi katalis yang sangat berorientasi adalah

mengungkapkan sebagai alternatif untuk metode konvensional yang biasanya

membuat morfologi acak. Untuk membuat sangat berorientasi

struktur, Middelman meningkatkan mobilitas katalis

lapisan dengan suhu tinggi dan bahan kimia tambahan. Kemudian

medan listrik dipekerjakan sebagai kekuatan pendorong untuk mengarahkan

helai. Middelman menunjukkan bahwa metode ini bisa

meningkatkan pemanfaatan Pt ke hampir 100%, dan menyatakan bahwa meningkatkan

dalam tegangan dari 20% yang diperoleh dengan proses ini.

4. Vakum deposisi metode

Metode vakum deposisi umum termasuk kimia

deposisi uap, fisik atau termal deposisi uap, dan

sputtering. Sputtering umumnya digunakan untuk membentuk katalis

lapisan dan dikenal untuk menyediakan lapisan padat daripada

metode penguapan alternatif [25]. The sputtering dari

Page 31: Journal of Sumber Daya 130

lapisan katalis terdiri dari proses penguapan vakum yang

menghilangkan bagian dari bahan pelapis (target) dan deposito

film tipis dan tangguh dari bahan target ke sebuah

berdekatan substrat. Sebuah skema aparat sputtering

ditunjukkan pada Gambar. 7. Dalam kasus tergagap lapisan katalis,

bahan target adalah bahan katalis dan substrat

Gambar. 7. Skema sputtering di argon plasma untuk fabrikasi bahan bakar PEM

sel elektroda.

dapat berupa difusi gas lapisan atau membran. Sputtering

menyediakan metode menyetorkan lapisan tipis katalis

(Baik ke membran atau lapisan difusi gas) yang

memberikan kinerja tinggi dikombinasikan dengan beban rendah Pt.

Lapisan katalis seluruh dalam kontak intim seperti dengan

membran bahwa kebutuhan untuk konduktor ionik dalam katalis

Lapisan diselesaikan [4]. Selain itu, platinum dan paduan yang

mudah disimpan oleh sputtering [26]. Keberhasilan sputtering

Metode untuk mengurangi beban platinum sangat tergantung

pada pengurangan ukuran partikel katalis bawah

10 nm. Negara-film tipis elektroda art fitur Pt memuat

dari 0,1 mg/cm2 [4]. A 5 nm tergagap jumlah platinum Film

untuk loading platinum dari 0,014 mg/cm2. Namun, kinerja

dari sel bahan bakar dengan katalis tergagap lapisan dapat bervariasi

Page 32: Journal of Sumber Daya 130

oleh beberapa kali lipat tergantung ketebalannya

dari lapisan katalis tergagap [5].

Menurut Weber et al. [26] sel bahan bakar, dengan menggerutu disimpan

lapisan katalis pertama kali diselidiki oleh Cahan dan

Bockris pada akhir tahun 1960. Setengah dekade kemudian, metode itu

selanjutnya disempurnakan oleh Asher dan Batzold, tetapi tanpa memadai

kerapatan daya. Pada tahun 1987, Weber et al. terus mengeksplorasi

keyakinan bahwa fabrikasi elektroda bisa secara signifikan

efisien jika platinum diaplikasikan langsung ke basah kedap

substrat oleh deposisi vakum (yakni sputtering). Dalam mereka

studi, mereka tergagap platinum ke basah proofed, substrat berpori

yang kemudian digunakan sebagai hidrogen dan elektroda oksigen.

Hasil awal mereka menunjukkan bahwa elektroda hidrogen

dibatasi oleh laju perpindahan massa pada saat low

kepadatan (5-20 mA/cm2). Namun, oksigen mereka elektroda

dilakukan jauh lebih baik, untuk kepadatan arus setinggi

sebagai 500 mA/cm2. Mereka menemukan bahwa kinerja mereka

elektroda tergagap lebih bergantung pada persiapan substrat

dari pada proses sputtering. Substrat persiapan

meliputi impregnasi PTFE dan bubuk karbon ke

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

substrat berpori. Khas Pt beban dalam penelitian ini adalah

Page 33: Journal of Sumber Daya 130

0,15 mg/cm2 dan mencapai setinggi 0,6 mg/cm2.

Pada tahun 1997, Hirano et al. [27] didokumentasikan studi mereka

menggerutu-disimpan katalis lapisan dalam PEM kinerja tinggi

sel bahan bakar. Katoda menampilkan sebuah elektroda E-TEK uncatalyzed

dengan tergagap lapisan katalis menampilkan beban antara

0,04 dan 0,1 mg Pt/cm2. Anoda mereka dipekerjakan

selalu elektroda E-TEK komersial. Anoda dan

lapisan katalis katoda keduanya menampilkan pemuatan Nafion dari

0,6 mg/cm2 untuk meningkatkan konduktivitas protonat. Kinerja

dari sel-sel dengan pemuatan platinum tergagap dari

0,1 mg/cm2 hampir setara dengan komersial

varian. Namun, ada penurunan yang terlihat dalam kinerja di

sangat tinggi saat ini kepadatan. Satu kasus, yang menampilkan platinum

pemuatan 0,04 mg/cm2, mengalami peningkatan dramatis dalam

resistensi karena daerah aktif rendah. Namun, ini rendah

pemuatan bisa efektif dalam daya rendah aplikasi portabel

karena pada 200 mA/cm2 sel menampilkan terhormat

kerapatan daya dari 160 mW/cm2.

O'Hayre et al. [5] dari Lab Rapid Prototyping di Stanford

University melaporkan pada tahun 2002 pada pengembangan mereka dari

katalis lapisan dengan ultra-rendah pemuatan platinum. Mereka kertas

menunjukkan bahwa mereka sedang mengembangkan elektroda ini untuk digunakan dalam

mikro-sel bahan bakar karena dinyatakan bahwa proses sputtering

Page 34: Journal of Sumber Daya 130

kompatibel dengan fabrikasi sirkuit terpadu banyak lainnya

teknik. O'Hayre et al. juga menyarankan masa depan

kemampuan untuk menerapkan lapisan difusi gas dengan proses sputtering.

Dalam studi mereka, mereka disimpan platinum tergagap tunggal

lapisan dengan ketebalan nominal 2-1.000 nm untuk Nafion

117. Setelah lapisan katalis ini diterapkan pada kedua sisi

membran, lapisan katalis yang ditutupi oleh kain karbon.

Mereka tidak panas-ditekan atau tetap dengan metode lainnya. Itu

kondisi operasi yang digunakan dalam tes kinerja mereka

kering oksigen dan hidrogen kering pada suhu ambien

dan tekanan. Mereka menemukan bahwa nm film tebal hanya 5-10 diproduksi

kinerja terbaik ketika katalis itu diterapkan

untuk kelancaran Nafion. Hal ini terkait dengan beban platinum

0,01-0,02 mg/cm2.

Kinerja O'Hayre et al. [5] sel bahan bakar

menurun drastis ketika ketebalan lapisan katalis

adalah kurang dari 5 nm atau lebih besar dari 10nm. Menggunakan pemindaian

mikroskop elektron (SEM), mereka digambarkan penalaran

untuk keseimbangan ini. Ketika lapisan sangat tipis, hanya ada

pulau bahan katalis. Setelah ketebalan nominal

dari 4 nm tercapai, pulau-pulau menyatu menjadi satu film.

Pada ketebalan ini, struktur retak halus dapat ditemukan di

Film, yang menyediakan akses gas ke situs reaksi terdekat

ke membran dan pemanfaatan meningkat katalis. Ketika

Page 35: Journal of Sumber Daya 130

ketebalan meningkat lebih lanjut, struktur retak menjadi

kasar film tersebut meningkat dalam kekuatan mekanik.

Dengan demikian, gas transportasi ke situs reaksi yang paling intim dengan

membran terbatas. Pengaruh roughening membran

permukaan sebelum sputtering juga diselidiki. Mereka

menemukan bahwa permukaan yang kasar tertunda koalesensi

dari platina. The koalesensi tertunda pada yang kasar

membran mengurangi performa maksimal dicapai,

Tabel 5

Perbandingan rapat daya dari MEA komersial dengan 0,4 mg/cm2

platinum memuat dengan seorang 15 nm tergagap platinum MEA dengan

0,04 mg/cm2 platinum pemuatan

Catalyst daya lapisan kepadatan Daya kerapatan

pada 200 mA/cm2 pada 0,6 V

(MW/cm2) (mW/cm2)

Commercial MEA, 0,4 mg Pt/cm2 NA 34

15 nm film tipis Pt, 0,04 mg Pt/cm2 NA 17

Pengukuran sel yang diambil pada suhu kamar menggunakan kering

(Non-dilembabkan) H2/O2 di 1ATM. [5].

namun mengurangi sensitivitas kinerja ke lapisan katalis

ketebalan. Hal ini dapat menguntungkan karena sulit untuk mengontrol

Page 36: Journal of Sumber Daya 130

ketebalan lapisan tergagap [5]. Sebuah tergagap MEA

(Ketebalan 15 nm, Pt pemuatan 0,04 mg/cm2 pada Nafion

115) yang dibandingkan dengan beban (konvensional MEA Pt of

0,4 mg/cm2 pada Nafion 115) dibeli dari Electrochem.

Kepadatan Inc daya diperoleh dalam perbandingan ini adalah

disajikan pada Tabel 5. The MEA konvensional menghasilkan

daya maksimum dari 50 mW/cm2 dan MEA tergagap

menghasilkan daya maksimum dari 33 mW/cm2. Oleh karena itu, 3/5

kekuasaan itu diproduksi dengan 1/10 loading katalis.

4.1. Graded katalis deposisi

Lapisan katalis dinilai atau komposit mengacu pada varietas

lapisan katalis yang diproduksi dengan pengendapan beberapa

metode. Bentuk khas adalah lapisan katalis didukung,

PTFE yang terikat atau film tipis elektroda, dengan tambahan sputtering

platinum pada permukaan membran atau elektroda.

Tujuan dari metode ini adalah untuk mengurangi ketebalan

lapisan katalis dan meningkatkan katalis

Konsentrasi pada antarmuka antara elektroda

dan polimer elektrolit membran. Mengurangi katalis

ketebalan lapisan adalah penting untuk PTFE-terikat lapisan katalis sebagai

kedalaman yang Nafion dapat diresapi terbatas sampai 10? m

[28]. Katalis melampaui 10? M tidak terjangkau oleh proton

dan karena itu tidak aktif. Gambar. 8 menggambarkan distribusi

katalis konsentrasi dalam lapisan katalis dinilai.

Page 37: Journal of Sumber Daya 130

Ticianelli et al. [28] dari Los Alamos National Laboratory

menerbitkan sebuah makalah pada tahun 1988 pada sputtering katalis

ke elektroda dengan atau tanpa preformed PTFE-terikat

Lapisan hadir. Mereka melakukan studi mereka dengan mengamati

kinerja elektroda PTFE-terikat konvensional dan

membandingkan bahwa dengan sel bahan bakar menggunakan katalis komposit

lapisan yang menggabungkan 50 nm tebal lapisan dan tergagap

lapisan PTFE-terikat. Mereka menemukan penambahan tergagap

Lapisan memiliki kemampuan meningkatkan densitas daya

100-150%. Pada kepadatan arus 1,0 A/cm2, single

tegangan sel meningkat 0,42-0,54 V ketika 50 nm

lapisan platinum tergagap antara berat 20.% Pt / C

PTFE-terikat katalis lapisan dengan pemuatan Pt dari 0,45 mg/cm2.

Mukerjee et al. [29] melakukan perbandingan serupa, dipublikasikan

pada tahun 1993, dengan pengamatan berkonsentrasi pada oksigen

kinetika reaksi reduksi. Mereka menemukan bahwa elec

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Gambar. 8. Perubahan konsentrasi katalis sehubungan dengan jarak dari

membran. Direproduksi dari [25].

trochemically area aktif lebih besar dengan faktor dua untuk

Page 38: Journal of Sumber Daya 130

elektroda PTFE-terikat dengan penambahan tergagap

lapisan. Selain itu, pengurangan oksigen reaksi overpotential

terbukti lebih rendah dalam sel yang menampilkan tergagap

komponen.

Dalam paten (2001) baru-baru ini diberikan, yang diselenggarakan oleh Cavalca et al.

[25] (ditugaskan untuk Gore Perusahaan Holdings Incorporated),

metode untuk fabrikasi elektroda dengan penilaian katalis

di lapisan katalis diungkapkan. Para penemu dikombinasikan

film tipis metode dan teknik deposisi vakum, seperti

sebagai berkas elektron-physical vapour deposition (EB-PVD) dan

dc magnetron sputtering, untuk membuat lapisan katalis dengan

progresif loading. Ini bukan konsep yang sama sekali unik.

Komersial PTFE-terikat lapisan katalis telah sering ditampilkan

a 50 nm sputtering platinum untuk meningkatkan kinerja [11].

Penyusunan lapisan katalis dimulai dengan mencampur umum

thin-film tinta bahwa karbon yang terkandung didukung platinum,

Nafion solusi, dan pelarut, yang kemudian disikat ke

a PTFE kosong untuk transfer-pencetakan. Selanjutnya, lapisan

katalis, logam tunggal atau bimetal, diendapkan melalui

EB-PVD sputtering atau ke salah satu lapisan katalis film tipis

atau polimer elektrolit membran. Para penemu disukai

metode deposisi vakum adalah EB-PVD karena

itu dipamerkan tekstur permukaan yang lebih besar, yang membantu reaksi

Page 39: Journal of Sumber Daya 130

kinetika. Dengan demikian, metode ini menghasilkan katalis murni padat

Lapisan berbatasan langsung dengan membran dan tempat-tempat tersebar

lanjut dari membran dengan transportasi ion platinum

disediakan oleh Nafion diresapi. Tabel 6 menyajikan

Tabel 6

Densitas dari satu sel dengan lapisan katalis dinilai dan referensi

elektroda yang tidak fitur penilaian katalis [25]

Catalyst daya lapisan kepadatan kepadatan Daya

200 mA/cm2 pada 0,6 V

(MW/cm2) (mW/cm2)

Referensi MEA 156 510

MEA dengan lapisan katalis dinilai 160 696

kepadatan kekuasaan untuk sebuah sel tunggal yang memiliki penilaian katalis

di sisi katoda. Sel tunggal ini dibandingkan dengan

sebuah MEA identik yang tidak fitur penilaian katalis,

dan dengan demikian tidak menampilkan wilayah EB-PVD. Hal ini terlihat

dalam kurva polarisasi disajikan oleh Cavalca et al. bahwa

tidak ada manfaat yang signifikan di kisaran 0-400 mA/cm2.

Namun, pada rapat arus tinggi kinerja

sel dinilai jauh lebih unggul. Peningkatan 30% dalam densitas daya

pada 1000 mA/cm2 disajikan. Membran diwakili

dalam kurva polarisasi adalah 20 mikron tebal Gore Pilih

Page 40: Journal of Sumber Daya 130

membran.

4.2. Beberapa lapisan sputtering

Cha dan Lee (CL) [4] disajikan strategi baru untuk menyimpan

lapisan katalis ke membran (Nafion 115)

dari sel bahan bakar PEM. Proses terdiri dari beberapa singkat

sputterings dipisahkan oleh sebuah aplikasi karbon-Nafion

tinta. Proses ini dilakukan pada kedua sisi

membran. Setelah setiap sputtering, film yang baru terbentuk

disikat dengan larutan Nafion dan kemudian lagi dengan

a Nafion-XC-72 serbuk karbon-isopropyl campuran. Itu

penambahan serbuk karbon meningkatkan konduktivitas listrik

di lapisan Nafion menengah. CL menemukan bahwa

setelah katalis cukup sudah menumpuk di permukaan, tambahan

sputtering platinum tidak berkontribusi pada

jumlah area aktif. Sebuah ketebalan sputtering tunggal 5 nm

ditemukan untuk menjadi ideal. Namun, ketika Nafion-karbon

bubuk-alkohol campuran yang diterapkan antara lain

5 nm sputterings tebal kinerja meningkat pesat.

Namun, peningkatan marjinal dalam kinerja adalah

diabaikan setelah lima sputterings. CL menemukan bahwa jika sama

jumlah katalis yang digunakan, kasus lapisan tipis beberapa

dilakukan nyata lebih baik dari lapisan tebal tunggal. Itu

kinerja terbaik ditemukan ketika rasio Nafion untuk

karbon dalam campuran diterapkan adalah 1:1. Hasil dari

Page 41: Journal of Sumber Daya 130

elektroda sebanding dengan karbon konvensional didukung

katalis elektroda ketika sputtering diulang empat

kali pada ketebalan 5 nm dan campuran Nafion-karbon

rasio 1:1 digunakan. Elektroda konvensional memiliki Pt

memuat level 0,4 mg/cm2, sedangkan tergagap elektroda

menampilkan pemuatan hanya 0,043 mg/cm2, sehingga

sepuluh kali peningkatan utilisasi platinum.

5. Elektrodeposisi metode

Pengungkapan pertama elektrodeposisi dari katalitik

Lapisan dalam sel bahan bakar PEM adalah dalam bentuk Vilambi Reddy

et al 's. 1.992 paten AS [30]. Paten ini rinci fabrikasi

elektroda menampilkan beban platinum rendah di mana

platinum itu Elektrodeposisi menjadi karbon uncatalyzed mereka

substrat dalam mandi plating komersial. Uncatalyzed The

substrat karbon terdiri dari karbon berpori hidrofobik

kertas yang diresapi dengan partikel terdispersi karbon

dan PTFE. Nafion juga diresapi ke sisi

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

substrat karbon yang akan dikatalisis. Khas

Nafion pemuatan adalah 1,5 mg/cm2.

Kertas karbon Nafion dilapisi ditempatkan di sebuah iklan

Page 42: Journal of Sumber Daya 130

platinum asam plating mandi, bersama dengan platinum

kontra elektroda. Wajah substrat yang tidak

dilapisi dengan Nafion kemungkinan besar bertopeng dengan beberapa bentuk

dari film non-melakukan. Langkah ini akan diambil

untuk memastikan platinum yang hanya akan disimpan di daerah

diresapi dengan Nafion. Dengan demikian, ketika sebuah dc terganggu saat

diaplikasikan pada elektroda di bath plating, katalis

ion akan melewati Nafion untuk partikel karbon

dan berhasil disimpan hanya di mana protonat dan elektronik

konduksi berdampingan. Metode ini mampu menghasilkan

elektroda menampilkan beban platinum dari 0,05 mg/cm2. Ini

adalah penurunan yang signifikan dalam pemuatan dari negara seni

film tipis elektroda.

Kinerja tersebut setengah-sel terungkap

dalam publikasi berikutnya [31] oleh penelitian yang sama

kelompok. Hasil penelitian mereka menunjukkan peningkatan yang pasti dalam pemanfaatan

karena katalis platinum hanya yang disimpan di mana

zona tiga fase berada. Mereka Elektrodeposisi katalis

Lapisan elektroda, dengan pemuatan Pt dari 0,05 mg/cm2, disediakan

setara dengan kinerja kemudian canggih

PTFE-terikat elektroda dengan pemuatan Pt dari 0,5 mg/cm2.

Dalam tahun-tahun berikutnya penelitian, tambahan pada elektroda-

posisi platinum ke substrat berpori dilanjutkan

Page 43: Journal of Sumber Daya 130

oleh Verbrugge [32]. Menurut Verbrugge, yang membedakan

perbedaan antara studi tersebut dan

paten adalah jumlah yang lebih besar dari asam sulfat yang digunakan oleh

Vilambi Reddy et al. [30]. Fitur lain yang membedakan

penelitian Verbrugge adalah kerja membran

bukannya lapisan Nafion diresapi. Menggunakan

area yang disediakan oleh saluran pengendapan, platinum

Elektrodeposisi melalui membran selektif dan

ke daerah membran-elektroda antarmuka. Verbrugge

menyarankan bahwa metode ini memiliki potensi untuk meningkatkan

platinum pemanfaatan karena platinum terkonsentrasi

ditemukan pada antarmuka membran-elektroda. Namun, ia

tidak memberikan hasil elektroda ini dilaksanakan

dalam sel bahan bakar fungsional.

Tujuan dari studi oleh Hogarth et al. [33], dan kemudian

oleh Gloaguen et al. [34], adalah untuk meningkatkan kinetika reaksi

untuk oksidasi metanol menggunakan elektroda dibuat

dengan elektrodeposisi. Hogarth et al. ditempatkan elektroda

dalam mandi plating yang mengandung 0,02 M chloroplatinic

asam dan terkena hanya 1 cm2 dari PTFE diresapi

karbon kain elektroda wajah dengan menggunakan segel air. Dalam hal ini

studi, baik lapisan Nafion atau film membran diterapkan

ke substrat karbon sebelum elektrodeposisi. Itu

Gloaguen et al. studi difokuskan pada reaksi reduksi oksigen

Page 44: Journal of Sumber Daya 130

kinetika elektroda dibentuk dengan elektrodeposisi yang

platinum pada dukungan karbon yang terikat oleh Nafion

ke tongkat karbon kaca. Salah satu kesimpulan yang paling signifikan

dari penelitian ini adalah bahwa aktivitas Pt kurang terkait dengan

ukuran partikel dan lebih ke struktur halus dari platinum

permukaan.

5.1. Pengaruh kontrol saat ini

Baru-baru ini (1998), sebuah penelitian yang dilakukan oleh Choi et al.

[35] yang diselidiki elektrodeposisi platinum untuk memproduksi

elektroda dalam sel bahan bakar PEM. Spesifik mereka bunga

adalah efek dari kepadatan saat ini, siklus, dan

frekuensi yang digunakan selama proses elektrodeposisi pada

kinerja elektroda mereka. Mereka uncatalyzed elektroda

itu dibuat dengan menerapkan campuran gliserin, PTFE,

karbon hitam, dan isopropil alkohol ke backing kain karbon.

Ada film Nafion atau membran diaplikasikan pada karbon

sebelum elektrodeposisi katalis kertas. Pulsa A

Generator digunakan untuk mengontrol besarnya arus

melewati elektroda yang ditempatkan di dalam bak

H2PtCl6 · 6H2O.

Selama elektrodeposisi mereka bervariasi kepadatan arus

10 sampai 50 mA/cm2, siklus tugas dari 15 sampai 50%,

dan frekuensi dari 0 sampai 20 Hz. Kelompok ini menemukan bahwa

Page 45: Journal of Sumber Daya 130

kepadatan arus optimum adalah 25 mA/cm2. Pada nilai yang lebih tinggi

dendritik kristal bentuk dan kinerja jatuh. Namun,

elektroda yang dibuat paling efisien dengan kepadatan arus

dari 50 mA/cm2 dengan menerapkan siklus dioptimalkan dan

frekuensi. Kepadatan daya ditemukan untuk operasi sel bahan bakar

pada 70 C dengan oksigen murni sebagai. oksidan, di mana katalis

lapisan yang dibuat dengan densitas arus 50 mA/cm2,

duty cycle 25%, dan frekuensi 2,5 Hz, ditunjukkan

menjadi sekitar 276 mW/cm2 pada tegangan sel bahan bakar dari

0,6 V (lihat Tabel 7).

5.2. Membran lapisan

Kinerja tertinggi dipublikasikan untuk sel bahan bakar menampilkan

lapisan katalis Elektrodeposisi digambarkan dalam

US patent diberikan untuk menusuk et al. [36] pada tahun 2001. Sebaliknya

ke Reddy Vilambi et al. paten [30], kelompok ini uncatalyzed

elektroda tidak fitur permukaan Nafion diresapi,

melainkan sebuah film selaput tipis. Membran adalah

sekitar 10 m tebal dan? diaplikasikan pada karbon

substrat, yang 75? m tebal. Katoda yang dibuat

dengan penambahan sublapisan serbuk karbon. Di

proses elektrodeposisi, bagian belakang elektroda adalah

tertutup untuk menghindari elektrodeposisi di lokasi yang jauh dari

masa depan membran-elektroda antarmuka. Dengan demikian, selama fabrikasi,

elektrokatalis melewati dari larutan elektrolit

Page 46: Journal of Sumber Daya 130

melalui membran dan disimpan di mana ia bertemu dengan

elektrik konduktif karbon. Deposito Proses CATA-

Tabel 7

Pengaruh frekuensi (on / off waktu) untuk duty cycle 25% dan deposisi

saat ini kepadatan 50mA/cm2, H2/O2, T

=

70 C. [35]

Frekuensi (Hz) Daya kepadatan sebesar 0,6 V (mW/cm2)

dc 24

0.25 135

2.5 276

25 252

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Tabel 8

Kekuatan kepadatan sel dibuat oleh Stab et al, yang memiliki katoda.

diproduksi oleh elektrodeposisi [36]

Catalyst daya lapisan kerapatan

pada 200 mA/cm2

(MW/cm2)

Densitas daya

Page 47: Journal of Sumber Daya 130

pada 0,6 V

(MW/cm2)

Diproduksi oleh elektrodeposisi 158 408

Lyst hanya di mana konduksi baik protonat dan elektronik

mungkin. Dengan menggunakan metodologi ini mereka dapat memperoleh

beberapa pemuatan platinum terendah yang pernah dilaporkan untuk operasional

PEM fuel cell (0,0073 mg/cm2 di anoda). Itu

kerapatan daya yang dihasilkan sel ini tercantum dalam Tabel 8.

Detail kecil diberikan dengan kondisi dan komponen yang digunakan

untuk mendapatkan hasil ini. Namun demikian, hasil yang menunjukkan

potensi menjanjikan untuk metode ini. Dalam kasus ini,

katoda terbentuk dengan metode elektrodeposisi

dan anoda adalah elektroda standar dengan pemuatan Pt of

4 mg/cm2. Kepadatan daya dilaporkan pada rapat arus

dari 200 mA/cm2 adalah 158 mW/cm2.

6. Diresapi katalis lapisan

Kemampuan untuk menggunakan teknik fabrikasi yang membutuhkan

meltable bahan, seperti pencetakan dan ekstrusi, akan

sangat berharga dalam produksi membran

elektroda majelis. The perfluorosulfonate konvensional

membran asam tidak mencair-processable karena sisi

rantai belitan dan interaksi ionik antara

kelompok fungsional [37]. Kim et al. [37] telah bekerja

Page 48: Journal of Sumber Daya 130

pada membran lelehan-processable dan encapsulating

MEA, yang terbentuk dari fluoride perfluorosulfonyl

kopolimer (PFSF). PFSF adalah meleleh-processable dan dapat

dibuat menjadi berbagai bentuk. Kim et al. membentuk membran

lembar dengan hot-menekan bubuk PFSF di 200-250. C. Sejak

membran dapat dicairkan, tinta katalis tidak lagi

membutuhkan ionomer Nafion. Kim et al. menerapkan tinta katalis

yang hanya berisi Pt / C, gliserol dan air untuk kedua sisi

yang PFSF preformed lembar. Selanjutnya, mereka panas-ditekan

lembar katalis pada 200 C,. yang tertanam katalis

lapisan ke permukaan melunak dari membran. Ini bentuk

komposit membran-elektroda. The MEA dilaporkan

sudah efektif tiga fase batas dan adhesi yang baik

antara membran dan lapisan katalis. Meskipun

kinerja digambarkan dalam kurva polarisasi tes

Tabel 9

Daya kepadatan suatu MEA dibuat dengan menekan fluoride perfluorosulfonyl

lembar dengan Pt / C katalis pada dua temperatur yang berbeda (0.2 mg Pt/cm2,

H2/O2 =

1/1 atm) [37]

Suhu Daya density kepadatan Power di

(. C) 200 mA/cm2 (mW/cm2) 0.6 V (mW/cm2)

Page 49: Journal of Sumber Daya 130

70 126 144

80 134 180

sel tertinggal keadaan sekarang elektroda seni, metode

tidak menunjukkan janji (Tabel 9).

7. Catalyst mendukung

Katalis didukung paling umum adalah platinum didukung

oleh karbon luas permukaan yang tinggi dan digunakan baik di

katoda dan anoda. Ketika CO hadir dalam aliran bahan bakar

karena reformasi, platinum adalah paduan dengan bahan lain

seperti Rutenium untuk mengurangi keracunan bahan bakar

sel dan mempertahankan kinerja. Electrocatalysts umumnya

disiapkan oleh presipitasi solusi, yang diikuti

dengan reduksi garam platinum di baik gas atau fase cair

[13]. Meskipun platinum dan platinum paduan dipekerjakan

di hampir semua elektroda sel bahan bakar PEM, mulia logam lainnya

telah dievaluasi dan telah terjadi pengembangan

metode untuk mensintesis non-katalis logam mulia, seperti

pirolisis besi [38].

Katalis logam yang digunakan dalam sel bahan bakar PEM tidak akan

Ulasan di sini karena berada di luar ruang lingkup review. Itu

logam yang dipilih dapat memiliki efek mendalam pada kinerja fuel cell,

tetapi tidak mengubah desain umum atau fabrikasi

Page 50: Journal of Sumber Daya 130

elektroda. Namun, pada bagian berikut akan

menunjukkan bahwa bahan pendukung dapat mempengaruhi umum

desain dan fabrikasi elektroda sel bahan bakar PEM. Itu

katalis mendukung dibahas dalam bagian ini tidak relevan

ke deposisi vakum dan metode elektrodeposisi

membangun lapisan katalis. Dalam metode ini, katalis

logam didepositkan langsung ke membran atau gas

lapisan difusi dan tidak ada dukungan menengah diperlukan.

7.1. Pt / C rasio berat

Dukungan yang paling umum untuk logam katalis adalah karbon

bubuk. Platinum untuk rasio berat karbon (Pt / C)

adalah rasio berat platina disetorkan ke

karbon dukungan untuk berat karbon mendukung dirinya sendiri.

Paganin et al. [14] menemukan bahwa film tipis sel mereka kinerja

adalah sekitar berubah apabila berat Pt / C

Rasio bervariasi 10-40 berat.% dengan beban platinum

dari 0,4 mg/cm2. Namun, kinerja memburuk

sebagai perbandingan berat meningkat melampaui 40% berat.. Paganin

et al. menyarankan bahwa ini menunjukkan perubahan diabaikan

daerah aktif katalis untuk rasio berat antara 10 dan

40% berat,. Dan bahwa area aktif nyata menurun melampaui

nilai-nilai ini. The Qi dan Kaufman [17] elektroda dilakukan

sedikit lebih baik ketika platinum untuk rasio karbon (Pt / C)

meningkat dari 20 sampai 40% dengan pemuatan platinum

Page 51: Journal of Sumber Daya 130

0,2 mg/cm2.

7.2. Biner katalis karbon mendukung

Wang et al. [39] melaporkan penggunaan dukungan biner karbon

katalis. Film tipis lapisan mereka dikatalisis dengan platinum

didukung pada Vulcan XC-72 dan Black mutiara 2.000 mobil

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Tabel 10

Kepadatan kekuasaan untuk elektroda tunggal dan biner-dukungan

Dukungan kepadatan Daya kepadatan Power di

Tipe 200 mA/cm2 (mW/cm2) 0,6 V (mW/cm2)

Biner 150 312

Tunggal 136 246

Pemuatan Pt di katoda dan anoda adalah 0,2 dan 0,35 mg/cm2, masing-masing.

Operasi kondisi: suhu sel, 60 C, tekanan atmosfer, O2.

dan laju alir H2 pada stoikiometri dari 5 [39].

bon bubuk, area permukaan menampilkan dari 254 dan 1475 m2 / g

dan partikel ukuran 30 dan 15 nm, masing-masing. Katalis

dicampur dalam rasio 9:1. Kelompok ini dibangun

Page 52: Journal of Sumber Daya 130

thin-film mereka lapisan katalis sesuai dengan deskripsi Wilson

[3] dengan pemuatan platinum dari 0,20 mg/cm2. Hasil

ditemukan menggunakan voltametri siklik menunjukkan biner didukung

katalis lapisan memiliki daerah aktif yang lebih besar dan meningkat

efisiensi pemanfaatan oleh 14%. Selain itu, semakin tinggi

densitas daya ditemukan di 200 mA/cm2 (Tabel 10) mengungkapkan

peningkatan kinetika reaksi reduksi oksigen.

7.3. Melakukan polimer katalis mendukung

Qi et al. [40] katalis didukung disiapkan dengan mendepositokan

platinum ke protonically dan elektronik konduktif

polimer. Polimer melakukan yang dibuat dari

komposit polipirol dan polystyrenesulfonate. Ini

mendukung dikembangkan untuk memberikan dukungan katalis yang

bisa memenuhi peran dari kedua karbon melakukan elektron

bubuk dan Nafion di lapisan katalis konvensional. Itu

Perkembangan ini mendukung melarutkan kebutuhan untuk Nafion

lapisan atau impregnasi.

Untuk mengarang elektroda, polimer melakukan didukung

katalis dicampur dengan larutan PTFE 15% dan diterapkan

ke lapisan kertas karbon difusi gas. Para peneliti

mencapai kepadatan arus maksimum 100 mA/cm2.Even

meskipun ini tidak sebanding dengan keadaan elektroda seni,

hal ini menunjukkan kemungkinan masa depan untuk konsep ini

Page 53: Journal of Sumber Daya 130

jika prosedur untuk sintesis dukungan melakukan

komposit dioptimalkan.

7.4. Karbon nanohorn katalis mendukung

Yoshitake et al. [41] disimpan platinum katalis ke tinggi

luas permukaan nanohorns karbon tunggal-dinding untuk digunakan dalam

katalis lapisan sel bahan bakar PEM. Katalis yang mendukung

disiapkan oleh ablasi laser CO2. Platina diendapkan

melalui metode koloid. Platinum untuk mendukung rasio

sel PEM khas bahan bakar adalah 20% dan rasio 20-40% adalah

diperoleh untuk partikel katalis didukung nanohorn. Itu

ukuran partikel adalah 2 nm. Kelompok riset membandingkan

sel bahan bakar mereka siap dengan katalis didukung oleh biasa

karbon hitam dengan sebuah sel bahan bakar dengan katalis didukung oleh

tunggal-dinding karbon nanohorn mendukung. Yang terakhir ditunjukkan

untuk memiliki kinerja yang lebih baik.

8. Lapisan difusi gas pengembangan

Lapisan difusi gas memiliki banyak peran untuk memenuhi. Pertama,

itu adalah konduktor elektronik antara pengumpulan saat ini

bipolar piring dan lapisan katalis. Dengan demikian, difusi gas tipis

lapisan dengan konduktivitas yang tinggi yang diinginkan untuk listrik

efisiensi. Kedua, lapisan difusi gas dibuat dalam

bentuk media berpori untuk memungkinkan bagian dari reaktan

dan produk arus. Untuk meningkatkan transportasi massal, gas

Page 54: Journal of Sumber Daya 130

lapisan difusi dapat dibuat lebih berpori pada biaya meningkat

hambatan listrik. Selain itu, difusi gas berpori

Lapisan sering digunakan sebagai substrat dasar untuk

pengendapan lapisan katalis. Fungsi penting lainnya

dari lapisan difusi gas dalam MEA adalah untuk menolak air cair

dari internal dari MEA. Jika air mengumpulkan dekat,

atau, lapisan katalis, sebagian besar dari katalis akan

tidak dimanfaatkan. Biasanya, PTFE (Teflon) diterapkan melalui

berbagai metode untuk lapisan difusi gas dalam rangka untuk mengeluarkan

air. Namun, Teflon bukan merupakan konduktor listrik dan

mengurangi porositas, yang menghambat pengangkutan reaktan

gas. Dengan demikian, Teflon harus diterapkan dengan ukuran hati.

Isi Nafion umum dalam larutan diterapkan pada

lapisan difusi gas adalah 33%.

Paganin et al. [14] mengarang difusi gas khas Teflonated

Lapisan dengan menyaring suatu PTFE dan suspensi karbon bubuk

ke kedua sisi kain karbon. Lapisan harus

dikeringkan selama 30 menit pada 280 C untuk menghapus agen dispersi.

dari suspensi PTFE. Lapisan ini kemudian disinter pada

330. C. Sebelum digunakan, lapisan gas komposit difusi yang

dibersihkan oleh perlakuan panas dan kimia.

Sebuah perkembangan terbaru dalam lapisan difusi gas adalah penggunaan

dari aerogels karbon untuk membentuk substrat berpori. Glora et al.

Page 55: Journal of Sumber Daya 130

[42] didokumentasikan integrasi mereka aerogels karbon di PEM

sel bahan bakar. The 300 m lapisan? Tebal fitur mikron-tipis

baik-terstruktur lapisan pada kedua sisi lapisan difusi gas.

Lapisan-lapisan halus dimasukkan untuk mengurangi resistensi kontak

antara elektroda dan membran, serta

sebagai pelat pengumpul bipolar saat ini. Tingkat tertinggi

konduktivitas listrik dicapai dalam penelitian mereka adalah 28 S / cm

dalam sampel berpori 80%. Ukuran pori terbesar berada di

kisaran beberapa mikron. Kelompok ini menerapkan gas

difusi lapisan dalam sel tes dan menemukan kepadatan listrik hanya

1/6 yang dari bahan bakar PEM yang khas, tapi ini disebabkan miskin

katalis lapisan persiapan dan bukan lapisan difusi gas.

8.1. Politetrafluoroetilena (PTFE) konten

Paganin et al. [14] menemukan bahwa PTFE isi gas

lapisan difusi dalam film tipis sel mereka adalah optimal pada nilai

dari 15%. Namun, tidak ada penurunan tegangan, pada setiap kerapatan arus,

ditemukan bila konten pun bervariasi mulai dari 10 sampai 40%.

8.2. Pengaruh serbuk karbon

Antolini et al. [43] mempelajari pengaruh bubuk

ditempatkan di kedua difusi gas dan lapisan katalis

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Page 56: Journal of Sumber Daya 130

Tabel 11

Power untuk sel bahan bakar PEM beroperasi pada 85. C

Lapisan difusi gas Daya kepadatan di

200 mA/cm2

(MW/cm2)

Densitas daya

pada 0,6 V

(MW/cm2)

Kertas karbon / Vulcan 152 402

Karbon kain / Vulcan 156 552

Karbon kain / Shawiningan 166 744

H2/O2 tekanan =

2/2 atm untuk elektroda dengan Vulcan pada karbon

kertas atau kain karbon dan 2/5 atm untuk elektroda dengan Shawinigan pada

karbon kain di lapisan difusi gas [43].

sel bahan bakar PEM. Jenis karbon dua bubuk diselidiki

adalah minyak tungku karbon hitam dan asetilena-hitam,

yaitu Vulcan XC-72R dan bubuk Shawinigan karbon,

masing. Kelompok ini menemukan bahwa elektroda menampilkan

Shawinigan serbuk karbon dilakukan secara substansial lebih baik

dari elektroda yang mengandung serbuk karbon Vulcan. Itu

menghasilkan kerapatan daya untuk setiap perumusan gas

Page 57: Journal of Sumber Daya 130

lapisan difusi tercantum dalam Tabel 11. Selain itu, bahkan

tingkat yang lebih tinggi dari kinerja yang dicapai saat kombinasi

dari dua bubuk karbon digunakan dan bahan bakar

dan aliran oksidan yang cukup bertekanan. Cita-cita

Kombinasi temukan adalah menggunakan serbuk karbon Vulcan dalam

katalis lapisan, karena luas permukaan yang tinggi Vulcan, dan

menghamili sisi difusi gas elektroda dengan

bubuk karbon Shawinigan.

8.3. Ketebalan

Paganin et al. [14] menunjukkan bahwa kinerja mereka

film tipis elektroda meningkat jauh saat difusi gas

ketebalan lapisan meningkat dari 15 sampai 35? m. Menurut

para peneliti, ini peningkatan kinerja

karena lapisan sangat tipis memberikan kontak listrik miskin

antara lapisan katalis dan lempeng mengumpulkan saat ini.

Hal ini juga mungkin bahwa lapisan tipis gas difusi melakukan

tidak memiliki kekuatan mekanik untuk menahan kompresi

dari pelat bipolar. Kompresi ini akan memaksa

runtuhnya pori-pori di lapisan difusi gas bawah

tulang rusuk dari pelat bipolar.

Mereka juga menemukan bahwa peningkatan marginal dalam kinerja

diabaikan ketika ketebalan telah meningkat

dari 35 sampai 50 m.? Selain itu, mereka menemukan penurunan kinerja

Page 58: Journal of Sumber Daya 130

pada rapat arus tinggi ketika lapisan difusi

Ketebalan meningkat menjadi 60? m. Polarisasi ini dapat

dikaitkan dengan peningkatan jarak difusi dan listrik

resistensi.

8.4. Gas komposit lapisan difusi

Sebuah lapisan gas komposit difusi umumnya terdiri dari

Karbon backing kain / kertas Teflonated dengan mikroporous

sublapisan hidrofobik terjepit di antara dukungan karbon

dan lapisan katalis. Peran hidrofobik sub-

Lapisan adalah untuk meningkatkan mekanisme transportasi di seluruh

berpori dukungan dan antarmuka lapisan katalis, dan untuk meningkatkan

pengelolaan air. QK [12] berspekulasi bahwa peningkatan

pengelolaan air disebabkan oleh microporosity dari

sublayer. Ukuran makropori sangat ditentukan oleh

ukuran partikel agregat karbon. Sebuah partikel karbon yang umum

ukuran 30 nm. QK menunjukkan bahwa partikel-partikel air yang stabil

tidak mungkin dapat terbentuk dalam pori-pori kecil dan hidrofobik seperti

dan, karena itu, kecil kemungkinannya untuk banjir.

Lufrano et al. [44] mendokumentasikan hasil dari film tipis

elektroda dengan pengenalan hidrofobik antara

lapisan karbon. Sublayer ini terdiri dari

karbon dan PTFE yang disemprotkan ke kertas karbon

Page 59: Journal of Sumber Daya 130

backing. Mereka menemukan bahwa PTFE konten yang optimal

adalah 20% berat,. meskipun tidak ada perubahan signifikan dalam kinerja

ditemukan ketika berbagai konten dari 10 sampai 60 berat.%.

Namun, ketika aliran oksidan terdiri dari udara, sel

kinerja menjadi lebih dipengaruhi oleh konten PTFE

pada rapat arus tinggi.

Song et al. [19] membentuk sublayer mikroporous, yang terdiri

PTFE dan karbon bubuk, yang terjepit di antara

basah-proofed karbon kertas dan lapisan katalis film tipis.

Mereka dipekerjakan ac teknik pengukuran impedansi untuk

mengoptimalkan tipis-film mereka elektroda. Para peneliti menemukan

bahwa pemuatan optimal sublapisan mikroporous adalah

3,5 mg/cm2, dengan konsentrasi PTFE dari 30 wt.%.

GA [13] dari Pusat Elektrokimia Sistem

dan Hidrogen Penelitian (CESHR) di Texas A & M University

mempresentasikan sebuah makalah pada tahun 2002 menggambarkan kemajuan terbaru dalam

peningkatan kinerja sel bahan bakar PEM di pusat mereka.

The CESHR-dikembangkan lapisan difusi gas terdiri dari

0.65:0.35 acetylene hitam-PTFE campuran menyebar dan digulung

pada 3 mg/cm2 ke kain karbon. Porositas gas CESHR

lapisan difusi jauh lebih besar dari standar

Elat lapisan difusi gas yang juga digunakan dalam studi mereka:

Page 60: Journal of Sumber Daya 130

60% dibandingkan dengan 45%. Selain itu, dengan ketebalan

CESHR lapisan difusi gas adalah 0,08 mm lebih tipis dari

standar 0.38 mm Elat lapisan difusi gas. Dengan demikian, lebih pendek

jalur difusi merupakan faktor kemungkinan dalam kinerja ditambah

dari lapisan difusi gas CESHR atas standar

lapisan difusi gas.

Qi dan Kaufman (QK) [45] didokumentasikan sebuah penelitian dimana

sublapisan mikroporous dimasukkan antara kain karbon

lapisan difusi gas dan lapisan katalis untuk meningkatkan air

manajemen. Lapisan mikroporous mengurangi perbedaan

dalam kinerja batch yang berbeda ketika kertas karbon adalah

digunakan. Hasil QK disajikan yang membuktikan kertas karbon disediakan

oleh produsen yang sama dengan spesifikasi yang identik dapat

memberikan kinerja secara signifikan berbeda. Kinerja terbaik

sublayer terdiri dari 35% PTFE dan Vulcan 65%

XC-72 serbuk karbon dengan pemuatan karbon 2,0 mg/cm2.

Kertas karbon, yang sublapisan itu diterapkan, terkandung

20% PTFE.

8,5. Pori pembentuk dalam lapisan difusi gas

Kong et al. [46] didokumentasikan pemeriksaan efek

distribusi ukuran pori dalam lapisan difusi gas. Di

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

Page 61: Journal of Sumber Daya 130

Untuk mempelajari mantan pori efek ditambahkan dalam berbagai

jumlah selama fabrikasi dari lapisan difusi gas.

Lapisan difusi gas terbentuk dari campuran kental

mengandung bubuk karbon, isopropil alkohol, dan lithium

karbonat (mantan pori), yang diterapkan pada karbon

kain. Lapisan katalis yang digunakan adalah thin-film dan Nafion yang

115 membran bekerja. Kong et al. juga dibandingkan

pori-pori yang dibentuk oleh panas-memperlakukan versus aditif mantan pori.

Ketika PTFE dalam lapisan difusi gas dipanaskan sampai

350 K, PTFE mencair dan berubah menjadi fase berserat,

meningkatkan porositas. Mereka menemukan bahwa kombinasi dari

panas-mengobati dan penambahan mantan pori menghasilkan tertinggi

porositas dan densitas tenaga. Pengaruh masing-masing divisualisasikan

dengan memindai gambar mikroskop elektron disajikan

oleh Kong et al. [46]. Menggunakan merkuri-intrusi porosimetry

pengukuran mereka memutuskan bahwa panas-mengobati meningkat

volume pori pori-pori dengan diameter antara 0,03 dan

0,07 m,? Sedangkan penambahan mantan pori meningkat

volume pori pori-pori dengan diameter yang lebih besar

berkisar antara 2 dan 13 m.? Jumlah optimum

pori mantan lapisan difusi bertekad untuk menjadi

7 mg/cm2 dengan 5 mg/cm2 karbon pembebanan dalam difusi

layer dan 0,4 mg/cm2 pemuatan platinum di katalis

lapisan. Pada tegangan 0,6 V sel dioptimalkan mereka menghasilkan

Page 62: Journal of Sumber Daya 130

kepadatan kekuatan 174 mW/cm2, dan dengan rapat arus

dari 200 mA/cm2 sel menghasilkan kepadatan kekuatan

136 mW/cm2.

9. Kesimpulan

Laporan ini diuraikan kemajuan besar dibuat dalam fabrikasi

elektroda untuk sel bahan bakar PEM dari PTFE-terikat

katalis lapisan hampir dua puluh tahun yang lalu untuk penyelidikan saat ini

membran-diresapi lapisan katalis. Itu

menemukan bahwa bentuk paling umum dari elektroda yang menampilkan

lapisan katalis film tipis. Ini adalah pilihan yang umum

karena konduktivitas proton yang cukup disediakan oleh

mengikat Nafion film. Metode ini terbukti secara signifikan

meningkatkan kinerja dan mengurangi tingkat pembebanan platinum

dibutuhkan. Hal ini jelas dalam laporan bahwa salah satu utama

resistensi di lapisan katalis adalah membran-katalis

lapisan antarmuka kontak resistensi. Kemampuan antarmuka

untuk melakukan proton dari membran ke dalam lapisan katalis

dan katalis disimpan sangat penting. Thin tergagap lapisan

telah menjanjikan untuk loading katalis rendah dengan memadai

kinerja. Hal ini dicapai dengan ketebalan berkurang dari

menggerutu lapisan katalis disimpan. Seperti singkat konduksi

jarak mengurangi kebutuhan untuk media proton-melakukan.

Metode elektrodeposisi diperkenalkan dan saran

peneliti bahwa metode deposito katalis hanya

di mana memang ada konduksi elektronik dan protonat diselidiki.

Page 63: Journal of Sumber Daya 130

Ini dan kemampuan untuk memproduksi secara massal elektroda dalam

bath plating komersial dianggap sebagai keuntungan utama

dari elektrodeposisi. Terpadu membran-elektroda

yang disorot untuk menunjukkan tepi amplop penelitian

untuk desain elektroda. Selain itu, pengembangan lanjutan

lapisan difusi gas dan katalis mendukung diselidiki.

Referensi

[1] M.S. Wilson, J.A. Valerio, S. Gottesfeld, elektroda platinum Rendah pemuatan

untuk bahan bakar polimer elektrolit sel dibuat menggunakan termoplastik

ionomer, Electrochim. Acta 40 (1995) 355-363.

[2] GS Kumar, M. Raja, S. Parthasarathy, elektroda kinerja tinggi

dengan loading platinum sangat rendah untuk sel bahan bakar polimer elektrolit,

Electrochim. Acta 40 (1995) 285-290.

[3] M.S. Wilson, Membran katalis lapisan untuk sel bahan bakar, US Pat. Tidak.

5.234.777 (1993).

[4] S.Y.

Cha, W.M. Lee, Kinerja membran pertukaran proton

sel bahan bakar elektroda disiapkan oleh dekomposisi langsung ultrathin

platinum pada permukaan membran, J. Electrochem. Soc. 146 (1999)

4.055-4.060.

[5] R. O'Hayre, S.J. Lee, S.W.

Page 64: Journal of Sumber Daya 130

Cha, F.B. Prinz, Sebuah puncak yang tajam dalam

kinerja tergagap sel bahan bakar platinum di ultra-rendah platinum

loading, Sumber Daya J. 109 (2002) 483-493.

[6] Y.-G. Chun, C.-S. Kim, D.-H. Peck, D.-R. Shin, Kinerja

polimer elektrolit membran sel bahan bakar dengan katalis film tipis

elektroda, Sumber Daya J. 71 (1998) 174-178.

[7] S.J. Lee, S. Mukerjee, J. McBreen, Y.W. Rho, Y.T. Kho, T.H. Lee,

Pengaruh impregnasi Nafion terhadap kinerja elektroda PEMFC,

Electrochim. Acta 43 (1998) 3.693-3.701.

[8] O.J.

Murphy, G.D. Hitchens, D.J. Manko, kepadatan daya tinggi

sel membran proton-pertukaran bahan bakar, Sumber Daya J. 47 (1994)

353-368.

[9] E.A. Ticianelli, CR Derouin, A. Redondo, S. Srinivasan, Metode

untuk memajukan teknologi membran sel bahan bakar pertukaran proton, J.

Electrochem. Soc. 135 (1988) 2.209-2.214.

[10] X. Cheng, B. Yi, M.

Han, J. Zhang, Y. Qiao, J. Yu, Investigasi

pemanfaatan platinum dan morfologi lapisan katalis polimer

elektrolit sel bahan bakar, Sumber Daya J. 79 (1999) 75-81.

[11] M.S. Wilson, S. Gottesfeld, lapisan katalis Thin-film untuk polimer

elektrolit elektroda sel bahan bakar, J. Appl. Electrochem. 22 (1992) 1-7.

[12] Z. Qi, A. Kaufman, Peningkatan kinerja sel bahan bakar PEM

dengan dikukus atau direbus elektroda, Sumber Daya J. 109 (2002)

227-229.

Page 65: Journal of Sumber Daya 130

[13] S. Gamburzev, A.J. Appleby, kemajuan terbaru dalam peningkatan kinerja

dari membran sel bahan bakar pertukaran proton (PEMFC), J.

Sumber listrik 107 (2002) 5-12.

[14] V.A. Paganin, E.A. Ticianelli, ER Gonzalez, Pengembangan dan elektrokimia

studi elektroda difusi gas untuk polimer elektrolit

sel bahan bakar, J. Appl. Electrochem. 26 (1996) 297-304.

[15] E. Guzlow, T.

Kaz, hasil baru dari elektroda PEFC diproduksi oleh

teknik persiapan DLR kering, Sumber Daya J. 106 (2002)

122-125.

[16] E. Gulzow, M. Schulze, N. Wagner, T. Kaz, R. Reisser, G. Steinhilber,

A. Schneider, lapisan kering persiapan dan karakterisasi polimer

elektrolit komponen sel bahan bakar, Sumber Daya J. 86 (2000) 352 -

362.

[17] Z. Qi, A. Kaufman, Low Pt pemuatan katoda kinerja tinggi untuk

PEM sel bahan bakar, J. Daya Sumber 113 (2003) 37-43.

[18] E. Passalacqua, F. Lufrano, G. Squadrito, A. Patti, L. Giorgi, Nafion

konten dalam lapisan katalis sel bahan bakar polimer elektrolit: efek

pada struktur dan kinerja, Electrochim. Acta 46 (2001) 799-805.

[19] J.M. Song, S.Y.

Cha, W.M. Lee, komposisi Optimal polimer

elektrolit elektroda sel bahan bakar ditentukan oleh impedansi ac

Metode, J. Daya Sumber 94 (2001) 78-84.

[20] A. Fischer,

J. Jindra, H. Wendt, Porositas dan pemanfaatan katalis

Page 66: Journal of Sumber Daya 130

dari katoda lapisan tipis di udara dioperasikan KEP-sel bahan bakar, J. Appl.

Electrochem. 28 (1998) 277-282.

S. Litster, G. McLean / Jurnal Sumber Daya 130 (2004) 61-76

[21] V. Mehta, J.S. Cooper, Ulasan dan analisis desain sel bahan bakar PEM

dan manufaktur, J. Daya Sumber 114 (2003) 32-53.

[22] Y.-G. Yoon, G.-G. Park, T.-H. Yang, J.-N. Han, W.-Y.

Lee, C.-S.

Kim, Pengaruh struktur pori lapisan katalis dalam PEMFC pada nya

kinerja, Int. J. Energi Hidrogen 28 (2003) 657-662.

[23] S.-J. Shin, J.-K. Lee, H.-Y. Ha, S.-A. Hong, H.-S. Chun, I.-H. Oh,

Pengaruh metode pembuatan tinta katalitik pada kinerja

membran polimer elektrolit sel bahan bakar, Sumber Daya J. 106

(2002) 146-152.

[24] E. Middelman, Peningkatan PEM elektroda sel bahan bakar dengan dikendalikan

self-assembly, Sel Bahan Bakar Bulletin, November 2002, hlm 9-12.

[25] C.A. Cavalca, J.H. Arps, M. Murthy, bahan bakar sel elektroda membran

rakitan dengan output daya yang telah ditingkatkan dan tahan racun, AS

Pat. No 6.300.000 (2001).

[26] M.F. Weber, S. Mamiche-Afare, MJ Dignam, L. Pataki, RD Venter,

Tergagap elektroda sel bahan bakar, J. Electrochem. Soc. 134 (1987) 1416 -

1419.

[27] S. Hirano, J. Kim, S. Srinivasan, tinggi kinerja pertukaran proton

membran sel bahan bakar dengan menggerutu-disimpan lapisan elektroda Pt, Electrochim.

Acta 42 (1997) 1.587-1.593.

Page 67: Journal of Sumber Daya 130

[28] E.A. Ticianelli, CR Derouin, S. Srinivasan, Lokalisasi platinum

di elektroda katalis pemuatan rendah untuk mencapai kepadatan daya tinggi dalam

SPE sel bahan bakar, J. Electroanal. Chem. 251 (1988) 275-295.

[29] S. Mukerjee, S. Srinivasan, J. Appleby,

Pengaruh menggerutu film

platinum pada elektroda platinum pemuatan rendah pada kinetika elektroda

pengurangan oksigen dalam membran sel bahan bakar pertukaran proton, Electrochim.

Acta 38 (1993) 1.661-1.669.

[30] N.R.K. Vilambi Reddy, E.B. Anderson, E.J. Taylor, pemanfaatan Tinggi

didukung katalitik logam yang mengandung gas-difusi elektroda, proses

untuk membuatnya, dan sel memanfaatkan itu, US Pat. No 5.084.144 (1992).

[31] E.J. Taylor, E.B. Anderson, N.R.K. Vilambi, Persiapan highplatinum-

pemanfaatan elektroda difusi gas untuk proton-exchangemembrane

sel bahan bakar, J. Electrochem. Soc. 139 (1992) L45-L46.

[32] M. Verbrugge, elektrodeposisi selektif katalis dalam membran-

elektroda struktur, J. Electrochem. Soc. 141 (1994) 46-53.

[33] M.P. Hogarth, J. Munk, A.K. Shukla, A. Hamnett, Kinerja

karbon-kain terikat berpori-karbon elektroda yang mengandung elektroda-

mengemukakan katalis platinum terhadap electrooxidation metanol

di asam sulfat elektrolit, J. Appl. Electrochem. 24 (1994) 85-88.

[34] F.

Gloaguen, JM Leger, C. Lamy, oksidasi elektrokatalitik

metanol pada nanopartikel platinum Elektrodeposisi ke berpori

karbon substrat, J. Electrochem. Soc. 27 (1997) 1.052-1.060.

[35] K.H. Choi, H.S. Kim, T.H. Lee, Elektroda fabrikasi untuk proton

Page 68: Journal of Sumber Daya 130

pertukaran sel bahan bakar membran dengan elektrodeposisi pulsa, J. Daya

Sumber 75 (1998) 230-235.

[36] GD Stab, P. Perkotaan, Proses untuk pembuatan elektroda untuk

polimer padat sel bahan bakar, US Pat. No 6.258.239 (2001).

[37] C.S. Kim, Y.G. Chun, D.H. Peck, D.R. Shin, A

Novel Proses

untuk membuat rakitan elektroda membran untuk pertukaran proton

membran sel bahan bakar, Int. J. Energi Hidrogen 23 (1998) 1045 -

1048.

[38] G. Faubert, R. Cote, JP Dodelet, M. Lefevre, P. Bertrand, Oksigen

pengurangan katalis untuk bahan bakar polimer elektrolit sel dari pirolisis

Fe (II) asetat teradsorpsi pada 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride,

Electrochim. Acta 44 (1999) 2.589-2.603.

[39] X. Wang, I.M. Hsing, P.L. Yue, Elektrokimia karakterisasi

karbon biner didukung elektroda dalam sel bahan bakar polimer elektrolit,

J. Sumber Daya 96 (2001) 282-287.

[40] Z.

Qi, M.C. Lefebvre, P.G. Pickup, Elektron dan proton transportasi

di elektroda difusi gas yang mengandung elektronik konduktif

proton exchange-polimer, J. Electroanal. Chem. 459 (1998) 9 -

14.

[41] T. Yoshitake, Y. Shimakawa, S. Kuroshima, H. Kimura, T. Ichihashi,

Y. Kubo, D. Kasuya, K. Takahashi, F. Kokai, M. Yudasaka, S. Iijima,

Persiapan katalis platinum baik didukung pada single-dinding karbon

nanohorns untuk aplikasi sel bahan bakar, Physica B 323 (2002) 124 -

Page 69: Journal of Sumber Daya 130

126.

[42] M. Glora, M. Wiener, R. Petricevic, H. Probstle, J. Fricke, Integrasi

dari aerogels karbon dalam sel bahan bakar PEM, J. Non-kristal. Solids 285 (2001)

283-287.

[43] E. Antolini, R.R. Passos, E.A. Ticianelli, Efek dari serbuk karbon

karakteristik lapisan gas katoda difusi pada kinerja

dari sel bahan bakar polimer elektrolit, J. Daya Sumber 109 (2002) 477 -

482.

[44] F.

Lufrano, E. Passalacqua, G. Squadrito, A. Patti, L. Giorgi, Perbaikan

dalam karakteristik difusi rendah Pt-loaded elektroda

untuk PEFCs, J. Appl. Electrochem. 29 (1999) 445-448.

[45] Z. Qi, A. Kaufman, Peningkatan pengelolaan air oleh mikro-

porous sublayer untuk sel bahan bakar PEM, Sumber Daya J. 109 (2002)

38-46.

[46] C.S. Kong, D.Y. Kim, H.K. Lee, Y.G. Shul, T.H. Lee, Pengaruh

pori-ukuran distribusi lapisan difusi pada massa-transportasi masalah

membran proton sel bahan bakar pertukaran, Sumber Daya J. 108

(2002) 185-191.

www.abacantodigital.com

PART2

BARU &

TERBARUKAN

ENERGI

Page 70: Journal of Sumber Daya 130

FUEL CELL PELATIH

UNTUK DOSEN

1/1

ED-9741

• Fuel cell pembangkit menggunakan energi photovoltaic

• Mampu pengujian beban pada hingga empat sel bahan bakar

• Pemantauan melalui program LabVIEW

• ED-9741-1 PHOTOVOLTAIC MODULE-1

»Surya Modul

> Power: 10W

> Ukuran: 310 (W) x 18 (H) x 368 (D) mm

> Berat: 1.5kg

»Lampu Halogen

> Daya 220V/300W

»Dimmer

> Tegangan: AC220V

> Nilai Kapasitas: 1000KW

> Kebisingan Tegangan Terminal: bawah 74dB, 45Mhz ~ 30Mhz

> Ukuran: 120 (W) x 60 (H) x 80 (D) mm

• ED-9741-2 PEMFC FUEL CELL-1

»Surya H2/Air PEM Fuel Cell Stack x 10

> Power per your: 200mW

> Kekuasaan (10Cells): 2W

> Bahan Bakar: H2/Air

»H2/Air electrolyzer

Page 71: Journal of Sumber Daya 130

> Power: 15W

> Ukuran: 180 (W) x 140 (H) x 120 (D) mm

> Berat: 460g

»Sesuaikan Resistor

> Tegangan yang diijinkan: DC 40V 0V ~

> Saat ini diperbolehkan: 1A ~ 5A

> Beban Impression: tipe Analog

> Beban Kesalahan: .. 1,2%

> Variabel Resistance: 3,4 ~ 300O

»Motor Pan

> Power: 10mW

»LED Ramp

> LED 8EA

> LED WARNA: Biru (dasar) atau Red, Green (opsional)

»DC Tegangan Meter, DC Ampere meter

> Nput Voltage: 100 ~ 240VAC 50/60Hz

> Konsumsi Daya: 5VA

> Max. Indikasi Range: -1999 ~ 9999 (4 baris)

> RS-485 Komunikasi: 4800/9600bps

> Input Channel: Max. 4 Channel

KARAKTERISTIK UMUM

• Input Voltage: AC 220V 60Hz

• Sistem Dimensi: 595 (W) x 1.437 (H) x 560 (D) m

ACCESSORIES

• Kabel (Power, Serial, USB, Koneksi Circuit): 1set

Page 72: Journal of Sumber Daya 130

• Pemantauan S / W CD: 1EA

• Purified Water Bottle: 1EA

• User Manual: 1EA

SOFTWARE

• Tampilan grafis dari tegangan dan arus dan berbasis teks

pemantauan atas sel surya dan sel bahan bakar

• Simpan dan mencetak fungsi untuk data yang telah diukur

akumulasi

• Output fungsi untuk karakteristik tegangan dan arus

melengkung

> SPESIFIKASI

> PERCOBAAN

• Prinsip dan konsep generasi sel bahan bakar

• Lengkap pembongkaran dan perakitan dari sel bahan bakar

• Produksi tenaga listrik melalui sel bahan bakar PEM

• Pengukuran tegangan dan arus pada setiap sel dari tumpukan sel bahan bakar PEM

• Listrik dekomposisi air dan dorongan dari sel bahan bakar

• Percobaan pada berbagai jenis beban

• PEMFC (hidrogen) generasi

Baru