Vliv depozičních parametrů při magnetronovém naprašování na morfologii protonově vodivé membrány pro vodíkové technologie
| Název práce v češtině: | Vliv depozičních parametrů při magnetronovém naprašování na morfologii protonově vodivé membrány pro vodíkové technologie |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | The influence of deposition parameters during magnetron sputtering on the morphology of proton-exchange membrane for hydrogen technologies |
| Klíčová slova: | elektrolyzér vody|magnetronové naprašování|tenkovrstvý katalyzátor|reakce vzniku vodíku |
| Klíčová slova anglicky: | water electrolyser|magnetron sputtering|thin-film catalyst|hydrogen evolution reaction |
| Akademický rok vypsání: | 2022/2023 |
| Typ práce: | bakalářská práce |
| Jazyk práce: | čeština |
| Ústav: | Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP) |
| Vedoucí / školitel: | RNDr. Peter Kúš, Ph.D. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 24.10.2022 |
| Datum zadání: | 24.10.2022 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 25.04.2023 |
| Datum a čas obhajoby: | 21.06.2023 09:00 |
| Datum odevzdání elektronické podoby: | 08.05.2023 |
| Datum odevzdání tištěné podoby: | 08.05.2023 |
| Datum proběhlé obhajoby: | 21.06.2023 |
| Oponenti: | doc. Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D. |
| Konzultanti: | RNDr. Tomáš Hrbek |
| Zásady pro vypracování |
| 1) Bibliografická rešerše.
2) Seznámení se s jednotlivými experimentálními metodami. 3) Příprava série modifikovaných protonovo-vodivých membrán. 4) Charakterizace připravených vzorků pomocí skenovacího elektronového mikroskopu. 5) Změření účinnosti vzorků v elektrolyzéru vody. 6) Vyhodnocení výsledků a sepsání bakalářské práce. |
| Seznam odborné literatury |
| [1] Gudmundsson JT. Physics and technology of magnetron sputtering discharges. Plasma Sources Sci Technol 2020;29:113001. doi:10.1088/1361-6595/abb7bd.
[2] Carmo M, Fritz DL, Mergel J, Stolten D. A comprehensive review on PEM water electrolysis. Int J Hydrogen Energy 2013;38:4901–34. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.01.151. [3] Wang Y, Chen KS, Mishler J, Cho SC, Adroher XC. A review of polymer electrolyte membrane fuel cells: Technology, applications, and needs on fundamental research. Appl Energy 2011;88:981–1007. doi:10.1016/j.apenergy.2010.09.030. [4] Hrbek T, Kúš P, Yakovlev Y, Nováková J, Lobko Y, Khalakhan I, et al. Sputter-etching treatment of proton-exchange membranes: Completely dry thin-film approach to low-loading catalyst-coated membranes for water electrolysis. Int J Hydrogen Energy 2020;45:20776–86. doi:10.1016/j.ijhydene.2020.05.245. |
| Předběžná náplň práce |
| Magnetronové naprašování je jednou z nejrozšířenějších a nejuniverzálnějších metod depozice tenkých nanostrukturovaných vrstev či katalyzátorů [1]. Na našem pracovišti jsme vyvinuli a patentovali proces, kterým dokážeme prostřednictvím současného naprašování a plazmového leptání během depozičního procesu modifikovat povrch tzv. protonově-vodivé membrány, která je klíčovou komponentou vodíkových palivových článků a elektrolyzérů vody [2][3]. Takto modifikovaná membrána má výrazně větší povrch, což po následném pokrytí tenkovrstvým katalyzátorem vede k vyšší účinnosti palivových článků či elektrolyzerů [4]. Cílem práce bude seznámit se s fungováním depozičního zařízení obsahujícího tři balancované magnetrony a připravit sérii modifikovaných membrán při odlišných parametrech, jako jsou složení pracovní atmosféry, tlak či depoziční výkon. Následně se pomocí skenovací elektronové mikroskopie bude pozorovat míra odlišnosti jejich morfologie. Závěrem se vzorky s nejrůznorodější morfologií, pokryté katalyzátorem změří v elektrolyzéru. Ukáže se tedy, jak je morfologie vrstvy schopna ovlivnit účinnost takového elektrochemického zařízení, nutného pro fungování vodíkového hospodářství. |