journal of sumber daya 130
TRANSCRIPT
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.
© 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,
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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.
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
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
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
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
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
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)
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
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].
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
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);
•
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].
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
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
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
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
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 =
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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
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
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
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
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
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.
[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
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
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
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
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:
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
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
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.
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.
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.
[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
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.
[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
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 -
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
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
> 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
• 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