Degradace katalyzátorů palivových článků

• Název práce v češtině: Degradace katalyzátorů palivových článků
• Název v anglickém jazyce: Deterioration of fuel cell catalysts
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: diplomová práce
• Ústav: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Vedoucí / školitel: doc. Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1. Studium doporučené literatury a seznámení se s principy diagnostických metod používaných v laboratoři
2. Seznámení se s metodou přípravy tenkých vrstev a jednotlivými zařízeními, které budou využívány v rámci této práce (AFM, SEM, TEM, XPS, EC-cela, EC-AFM, stanice s palivovým článkem)
3. Příprava tenkých vrstev bimetalických katalyzátorů magnetronovým naprašováním
4. Studium morfologie, složení a aktivity připravených katalytických vrstev v průběhu jejich stárnutí

Seznam odborné literatury

[1] Polymer Electrolyte Fuel Cell Degradation, M. Mench, E. C. Kumbur, T. N. Veziroglu, Elsevier (2012) 
[2] Khalakhan, I. et al. In situ electrochemical AFM monitoring of the potential-dependent deterioration of platinum catalyst during potentiodynamic cycling. Ultramicroscopy, 187, 64–70, (2018).
[3] Khalakhan, I. et al. In situ probing of magnetron sputtered Pt-Ni alloy fuel cell catalysts during accelerated durability test using EC-AFM. Electrochim. Acta, 245, 760–769 (2017).

Předběžná náplň práce

Kromě aktivity a ceny stabilita katalyzátoru je jedním z klíčových problémů pro úspěšnou komercializaci palivových článku s polymerní membránou (PEMFC). Kvůli korozním podmínkám katody PEMFC je degradace katalyzátoru nevyhnutelná a vede ke zhoršení výkonu palivových článků v průběhu jejich používání. Úplné znalosti o vývoji struktury a složení katalyzátorů v podmínkách provozu palivových článků však zůstávají velmi vzácné. To je dáno především tím, že většina studií zkoumala katalyzátory pouze před a po reakci. Vznik moderních in-situ technik umožňuje zkoumat katalyzátor přímo za reakčních podmínek a očekává se, že výrazně zlepší porozumění mechanismům, které řídí degradaci katalyzátoru.

V rámci této práce budou katalyzátory připravovány metodou magnetronového naprašování. Simulace provozních podmínek palivového článku bude provedena v elektrochemické cele a chování katalytických vrstev bude zkoumáno in-situ pomocí mikroskopie atomárních sil přímo v elektrochemické cele (EC-AFM). Pro dodatečnou charakterizaci budou využívány také ex-situ metody elektronových mikroskopií (SEM, TEM) a fotoelektronová spektroskopie (XPS). Zvláštní pozornost bude věnována různým provozním režimům palivových článků.

Cílem práce bude sledovat souvislosti mezi morfologickou, strukturní a kompoziční degradací katalyzátoru a provozními podmínkami palivových článků.