I detta examensarbete utforskas påverkan av partikelstorleken hos Pt-katalysatorer på kolbärare på syrereduktionen i polymerelektrolytmembran (PEM)-bränsleceller. Den elektrokemiskt aktiva ytarean, aktiviteten för syrereduktion och tillhörande degraderingshastigheter för de undersökta katalysatorerna beräknas och jämförs. Experimenten utfördes med hjälp av en metod som kallas ”roterande skivelektrod med tunn film” i en syra-vatten-lösning. Den katalytiska aktiviteten beräknades med Koutecky-Levichs ekvation. Resultaten visar att filmkvaliteten är avgörande för att kunna göra en bedömning av syrereduktionssaktiviteten. En homogen distribution av Pt-nanopartiklar är nödvändig för att få en korrekt och pålitlig katalytisk aktivitet. Vidare utvecklas en metodik för utvärdering av filmkvaliteten baserad på den diffusionsbegränsade strömtätheten och på potentialen vid halva topphöjden. Mätningen av syrereduktionsaktiviteten genomfördes enbart med prov vars filmkvalitet godkändes med avseende på denna metodik och den erhållna aktiviteten jämfördes vid 0.9 V vs. RHE. De undersökta katalysatorerna uppvisar snarlik aktivitet för syrereduktionsreaktionen, vilket överensstämmer med att också de uppmätta elektrokemiskt aktiva ytareorna för de olika katalysatorerna är snarlika. Förlusten av elektrokemiskt aktiv ytarea visar sig vara beroende av partikelstorleken och mindre partiklar uppvisar en högre degraderingshastighet. Rapporten avslutas med en diskussion om avvikelserna från tidigare studier och möjligheter för vidare studier. / In this thesis, the particle size effect of carbon-supported Pt catalysts on the oxygen reduction reaction in polymer electrolyte membrane fuel cells is studied. The electrochemically active surface area and the oxygen reduction reaction activities and the associated degradation rate of the investigated carbon-supported Pt catalysts are computed and compared. The experiments were conducted by a method called thin-film rotating disk electrode in an aqueous acid solution, and the catalytic activity was computed using the Koutecky-Levich equation. The results show that thin-film quality is crucial in the oxygen reduction reaction activity measurement. A homogeneous distribution of Pt nanoparticles is necessary for obtaining correct and reliable catalytic activities. Furthermore, in this thesis, a methodology based on the diffusion-limited current density and the half-wave potential for thin-film quality evaluation is developed. The oxygen reduction reaction activity measurement was only applied to samples with good film quality, and the obtained activity results were compared at 0.9 V vs. RHE. The investigated carbon-supported Pt catalysts display similar oxygen reduction reaction activities, due to the fact that the measured electrochemically active surface area results for the particle sizes are similar. The degradation rate was studied in a platinum dissolution test and the results show a particle size-dependent electrochemically active surface area loss. Smaller particles show a faster and larger degradation rate. At the end of the thesis, deviations in this work from existing work are discussed, and possibilities for future work are presented.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-333355 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Jiang, Xiaoling |
| Publisher | KTH, Kemiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2023:184 |
Page generated in 0.0024 seconds