The proton exchange membrane fuel cell generates electricity from hydrogen and oxygen (from air) through electrocatalytic reactions in an electrochemical cell. The Pt/C catalyst, commonly used in PEM fuel cells, is very sensitive to impurities that can interact with the active catalyst sites and limit fuel cell performance. Unfortunately, most hydrogen is currently produced from fossil sources, and inevitably contains impurities. The subject of this thesis is the effect of hydrogen impurities on the operation of a PEM fuel cell using a Pt/C anode. The impurities studied are carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), and selected hydrocarbons. Particular focus is given to the interaction between the impurities studied and the anode catalyst. The main method used in the study involved performing cyclic voltammetry and mass spectrometry, simultaneously. Other electrochemical techniques are also employed. The results show that all the impurities studied adsorb to some extent on the Pt/C catalyst surface, and require potentials comparable to that of CO oxidation, i.e., about 0.6V, or higher to be removed by oxidation to CO2. For complete oxidation of propene, and toluene, potentials of above 0.8, and 1.0V, respectively, are required. The unsaturated hydrocarbons can be desorbed to some extent by reduction, but oxidation is required for complete removal. Adsorption of ethene, propene, and CO2 is dependent on the presence of adsorbed or gaseous hydrogen. Hydrogen inhibits ethene and propene adsorption, but facilitates CO2 adsorption. Adsorption of methane and propane is very limited and high concentrations of methane cause dilution effects only. The adlayer formed on the Pt/C anode catalyst in the presence of CO2, or moderate amounts of hydrocarbons, is found to be insffuciently complete to notably interfere with the hydrogen oxidation reaction. Higher concentrations of toluene do, however, limit the reaction. / Polymerelektrolytbränslecellen genererar elektricitet fran vätgas och syrgas (fran luft) genom elektrokatalytiska reaktioner i en elektrokemisk cell. Den platina-baserade katalysator som oftast används i dessa bränsleceller är känslig mot föroreningar, då dessa kan interagera med katalysatorns aktiva yta, och därmed begränsna bränslecellens prestanda. Tyvärr produceras dagens vätgas huvudsakligen fran fossila källor och innehåller därför oundvikligen föroreningar. Denna avhandling behandlar hur olika vätgasföroreningar påverkar katalysatorns aktivitet och bränslecellens drift. De föroreningar som studeras är kolmonoxid (CO) och koldioxid (CO2), samt ett antal mindre kolväten. Störst fokus ligger på hur dessa föroreningar interagerar med anodens Pt/C katalysator. Den metod som huvudsakligen används är cyklisk voltammetri kombinerat med masspektrometri, men flera elektrokemiska metoder har använts. Resultaten visar att alla undersökta föroreningar adsorberar på Pt/C katalysatorns yta i större eller mindre utstreckning. For att avlägsna det adsoberade skiktet genom oxidation till CO2 krävs potentialer jämförbara med CO oxidation, dvs ca 0,6V, eller högre. Fullständig oxidation av propen eller toluen kräver potentialer högre än 0,8V respektive 1,0V. De omättade kolvätena kan delvis avlägsnas genom reduktion, men fullständig avlägsning kräver oxidation. Närvaron av väte, i gasform eller adsorberat pa katalysatorn, hämmar adsorptionen av eten och propen, men främjar CO2 adsorption. Metan och propan adsorberar i mycket begränsad utstreckning på Pt/C katalysatorns yta. De prestandaförluster som uppstår av höga koncentrationer av metan förklaras av utspädning av vätgasen. Det adsorberade skiktet som bildas när Pt/C katalysatorn exponeras för CO2 eller måttliga koncentrationer av studerade kolväten, är inte tillräckligt heltäckande for att märkbart påverka vätgasreduktionen. Däremot kan höga koncentrationer av toluen begränsa reaktionen. / <p>QC 20161010</p>

Capacitive deionization is a promising technology for purification and desalination of brackish water with great advantages over current technologies due to its low operating cost and high-water recovery ratio. Most of the system studied relies on the adsorption/desorption capacity of activated carbon electrodes due to its high surface area. However, its specific adsorption capacity is limited since the adsorption is predominantly on the surface of the electrodes. In this thesis we propose the use of polyaniline as a chloride-ion adsorption material. Polyaniline is a redox polymer able to accommodate anions in several of its three states when subjected to an external voltage. To this end, we synthesized polyaniline by electrodeposition technique and its electrochemical behavior was studied. A hybrid CDI system was assembled, using PANI as anode material and activated carbon cloth as cathode, showing outstanding adsorption of 37.26 mg/g Cl at current densities of 250 A/g. The energy consumption of this system was of 0.4979 kWh/m3. Its stability was evaluated over 50 cycles with negligible capacity loss. Along with its use in a CDI system, the aim of this thesis was to understand the mechanisms of operation of this material, by means of its physical and electrochemical characterization, as well as its efficiency and stability through the use of this material in capacitive deionization cells. / Kapacitiv avjonisering är en lovande teknik för rening och avsaltning av bräckt vatten med stora fördelar jämfört med nuvarande teknik på grund av dess låga driftskostnader och höga vattenåtervinningsgrad. De flesta av de studerade systemen bygger på adsorptions/desorptionskapaciteten hos elektroder av aktivt kol på grund av dess stora yta. Dess specifika adsorptionskapacitet är dock begränsad eftersom adsorptionen huvudsakligen sker på elektrodernas yta. I den här avhandlingen föreslår vi att polyanilin används som adsorptionsmaterial för kloridjoner. Polyanilin är en redoxpolymer som kan ta emot anjoner i flera av sina tre tillstånd när den utsätts för en extern spänning. För detta ändamål syntetiserade vi polyanilin genom elektrodepositionsteknik och dess elektrokemiska beteende studerades. Ett hybrid CDI-system monterades med PANI som anodmaterial och aktiverad kolduk som katod, vilket visade en enastående adsorption av 37,26 mg/g Cl vid en strömtäthet på 250 A/g. Energiförbrukningen för detta system var 0,4979 kWh/m3. Systemets stabilitet utvärderades över 50 cykler med försumbar kapacitetsförlust. Förutom användningen i ett CDI-system var syftet med denna avhandling att förstå detta materials funktionsmekanismer genom fysisk och elektrokemisk karakterisering samt dess effektivitet och stabilitet genom användning av detta material i kapacitiva avjoniseringsceller.