نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

ارتقای پایداری الکتروکاتالیست واکنش احیاء اکسیژن با استفاده از بسترهای تیتانیم کاربید و قلع دی اکسید دوپه شده با آنتیموان جهت استفاده در کاتد پیل های سوختی پلیمری

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
بخش شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده
با توجه به اهمیت طول عمر الکتروکاتالیست پیل­ های سوختی پلیمری و پایداری مناسب ترکیب­ های پایه فلزی در شرایط کاری این دسته از پیل­ های سوختی، در این پژوهش نانوذرات پلاتین با استفاده از روش پلی ال بر روی بسترهای تجاری تیتانیم کاربید و قلع دی اکسید دوپ شده با آنتیموان نشانده شد و ساختار الکتروکاتالیست ­های سنتز شده با روش ­های طیف بینی پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی گردید. نتایج حاصل از این روش­ ها بیانگر قرارگیری نانوذرات پلاتین روی بسترهای پایه فلزی است. به علاوه نتایج ارزیابی­ های الکتروشیمیایی نشان دهنده فعالیت قابل رقابت الکتروکاتالیست Pt/TiC در مقایسه با Pt/C تجاری است، به نحوی که پتانسیل آغاز احیاء اکسیژن برای Pt/C و Pt/TiC به ترتیب برابر با 973 و mV 968 به دست آمده است. بررسی­ های مرتبط با پایداری الکتروکاتالیست­ ها طی 10000 چرخه تخریبی نشان دهنده پایداری بالای الکتروکاتالیست Pt/TiC  است. به طور مثال، مقدار افزایش مقاومت انتقال بار طی 10000 چرخه برای Pt/C و Pt/TiC  به ترتیب برابر با 50% و 7% به دست آمده است، این امر بیانگر فعالیت و پایداری بالای الکتروکاتالیست Pt/TiC  و پتانسیل بالقوه آن جهت به کارگیری در پیل­ های سوختی پلیمری است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[2] Piras M., De Bellis V., Malfi E., Novella R., Lopez-Juarez M., Hydrogen Consumption and Durability Assessment of Fuel Cell Vehicles in Realistic Driving, Applied Energy, 358: 122559 (2024).
[3] Xu X., Kang N., Zulevi B., Serov A., Pintauro P., Highly Durable Platinum Group Metal-Free Catalyst Fiber Cathode MEAs for Proton Exchange Membrane Fuel Cells, J. Power Sources, 586: 233679 (2023).
[4] Luo Y., Li K., Feng J., Chen Y., Wang L., Jiang Y., Li L., Feng J., Chemical Activation and Catalytic Graphitization Enable a Durable and Active Pt/C for Low Platinum Fuel Cell, Int. J. Hydrogen Energy, 60: 540 (2024).
[5] Chen H., Song Zh., Zhao X., Zhang T., Pei P., Liang Ch., A Review of Durability Test Protocols of the Proton Exchange Membrane Fuel Cells for Vehicle, Applied Energy, 224: 289 (2018).
[7] قنبرلو، حسنا؛ روشن ضمیر، سوسن؛ پرنیان، محمدجواد، مقایسه فعالیت کاتالیست ­های دو فلزی Fe-Co/NG و Fe-Co/MWCNT برای واکنش احیای اکسیژن در کاتد پیل­های سوختی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)36: 151 تا 162 (1396).
[9] Yang Y., Zhang X., Guo L., Liu H., Local Degradation in Proton Exchange Membrane Fuel Cells with Dead-Ended Anode, J. Power Sources, 477: 229021 (2020).
[10] Mladenović D., Mladenović A., Santos D., Yurtcan A., Miljanić S., Mentus S., Šljukić B., Transition Metal Oxides for Bifunctional ORR/OER Electrocatalysis in Unitized Regenerative Fuel Cells, J. Electroanalytical Chemistry, 946: 117709 (2023).
[11] Ren P., Pei P., Fu X., Li Y., Chen D., Meng Y., Zhu Z., Song X., Zhang L., Wang M., Diagnosis and Mechanism Analysis of Startup-Shutdown-Induced Fuel Cell Degradation in Stack-Level, Energy Conversion and Management, 269: 116140 (2022).
[12] Komini Babu S., Spernjak D., Dillet J., Lamibrac A., Maranzana G., Didierjean S., Lottin O., Borup R., R. Mukundan, Spatially Resolved Degradation During Startup and Shutdown in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Operation, Applied Energy, 254: 113659 (2019).
[13] Carmo M., Fritz D., Mergel J., A Comprehensive Review on PEM Water Electrolysis, Int. J. Hydrogen Energy, 38: 4901 (2013).
[16] گل محمدی، مرتضی؛ رکنی، مهرداد؛ محمدی؛ علیرضا، تولید سبز نانوذرات دی‌اکسید قلع و کاربرد آن به‌عنوان فتوکاتالیزور در تخریب رنگ اریو کروم بلک تی، نشریه مهندسی شیمی ایران، (118)20: 22 تا 34 (1400).
[17] Cruz J., Rivas S., Beltran D., Meas Y., Ornelas R., Osorio-Monreal G., Synthesis and Evaluation of ATO as a Support for Pt–IrO2 in a Unitized Regenerative Fuel Cell, Int. J. Hydrog Energy, 37: 13522 (2012).
[19] Jia B., Liu J., Kang J., Zhang G., Investigating NH3-SCR Coupled with CO Oxidation Reaction Mechanisms on Titanium Nanotube-Loaded CuMnFe Composite Metal Catalysts, Applied Surface Science, 652: 159299 (2024).
[21] Zhang Z., Sadeghi M., Brodusch N., Selective Exposure of Platinum Catalyst Embedded in Protective Oxide Layer on Conductive Titanium Carbide Support, Materials today: Energy, 13: 353 (2019).
[24] Jafari M., Gharibi H., Parnian MJ., Nasrollahpour M., Vafaee M., Iron-Nanoparticle-Loaded Nitrogen-Doped Carbon Nanotube/Carbon Sheet Composites Derived from MOF as Electrocatalysts for an Oxygen Reduction Reaction, ACS Applied Nano Materials, 4: 459 (2021).
[26] Monshi A., Foroughi MR., Monshi MR., Modified Scherrer Equation to Estimate More Accurately Nano-Crystallite Size Using XRD, World Journal of Nano Science and Engineering, 2: 3 (2012).
[27] Maghsodi A., Milani Hoseini M., Dehghani Mobarakeh M., Kheirmand M., Exploration of Bimetallic Pt-Pd/C Nanoparticles as an Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction, Applied Surface Science, 257: 6353 (2011).
[28] Parrondo J., Santhanam R., Mijangos F., Rambabu B., Electrocatalytic Performance of In2O3-Supported Pt/C Nanoparticles for Ethanol Electro-oxidation in Direct Ethanol Fuel Cells, Int. J. Electrochem. Sci., 5: 1342 (2010).
[30] Pozio A., De Francesco M., Cemmi A., Cardellini F., Giorgi L., Comparison of High Surface Pt/C Catalysts by Cyclic Voltammetry, J. Power Sources, 105: 13 (2002).
[31] https://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/pdfs/Component Durability_Profile.pdf. [Online].
[32] Mohammadi Taghiabadi M., Zhiani M., Degradation analysis of Dead-Ended Anode PEM Fuel Cell at the Low and High Thermal and Pressure Conditions, Int. J. Hydrogen Energy, 44: 4985 (2019).