Sestava membrány a elektrod o aktivní ploše 5 cm2 využívající plynově difúzní elektrody nanesené pomocí generátoru jiskrového výboje

0549222 - ÚT 2022 RIV CZ cze L - Prototyp, funkční vzorek
Němec, Tomáš - Garapati, Meenakshi Seshadhri - Šonský, Jiří
Sestava membrány a elektrod o aktivní ploše 5 cm2 využívající plynově difúzní elektrody nanesené pomocí generátoru jiskrového výboje.
[Membrane-electrode assembly of 5 cm2 active area with gas diffusion electrodes deposited by spark discharge generator.]
Interní kód: INV21-055 ; 2021
Technické parametry: Zajištění kontinuálního provozu generátoru jiskrového výboje pro výrobu platinových nanočástic o produkční rychlosti 50 mgPt za hodinu, filtrace nosného plynu s nanočásticemi na materiál plynově difúzní elektrody o ploše 5 cm2 s účinností přes 75% (včetně započítání ztrát na stěnách komory jiskrového výboje), zajištění rovnoměrného nanášení platinového nanomateriálu na aktivní plochu elektrody použitím vhodné kombinace podkladových vrstev v depoziční komoře – vrstva sintrovaných mosazných kuliček o pórovitosti 20 µm + vrstva filtračního papíru kategorie GF-6, dosažení cílového množství platinového materiálu na elektrodách (tzv. platinum loading) o hodnotě 0,4 mgPt/cm2 aktivní plochy elektrody, čištění a aktivace polymerní membrány v roztocích peroxidu vodíku a kyseliny sírové, lisování nového typu elektrod vyrobených pomocí jiskrového výboje na aktivovanou polymerní membránu za tepla s parametry – lisovací síla 3 kN, doba lisování 2 minuty, teplota lisování 130 °C, ověření mechanické soudržnosti nalisované sendvičové struktury MEA – anodová GDE + polymerní membrána + katodová GDE
Ekonomické parametry: Funkční vzorek MEA představuje alternativní postup ke standardní komerční výrobě MEA. Z odborně technického hlediska tato nová metoda značně zjednodušuje výrobu katalytické vrstvy tím, že jsou kroky generování katalytických nanočástic a jejich nanesení na plynově difúzní vrstvu integrovány do jednoho technického zařízení. Dosud používaný postup výroby katalytických vrstev oproti tomu vyžaduje: syntézu katalytických nanočástic v roztoku, extrakci katalytických nanočástic z roztoku a jejich čistění, přípravu katalytického inkoustu s obsahem katalytických nanočástic, nanášení katalytického inkoustu na plynově difúzní vrstvu (blade coating nebo spray coating) a sušení katalytické vrstvy. Z ekonomického hlediska nový postup nabízí levnější možnost výroby EMA díky nižším nákladům na vybavení a nižšímu počtu technologických kroků.
Grant CEP: GA TA ČR(CZ) TM01000018
Institucionální podpora: RVO:61388998
Klíčová slova: membrane-electrode assembly * gas diffusion electrode * spark discharge generator * hydrogen fuel cell
Obor OECD: Electrochemistry (dry cells, batteries, fuel cells, corrosion metals, electrolysis)

Funkční vzorek sestavy membrány a elektrod (MEA – membrane electrode assembly) pro nízkoteplotní vodíkový palivový článek byl vyroben novým postupem využívajícím aerosolovou syntézu platinového nanomateriálu pomocí jiskrového výboje. Platinové nanočástice vytvořené v plynné fázi byly následně filtrací nosného plynu naneseny na plynově difúzní vrstvu (GDL – gas diffusion layer) a vytvářejí elektrodu (GDE – gas diffusion electrode) v palivovém článku. Tím byla vytvořena třívrstvá sendvičová struktura MEA složená ze dvou elektrod oddělených polymerní membránou. Aktivní plocha vzorků MEA je 5 cm2 a cílový obsah platinového katalyzátoru na elektrodách je 0,40 mgPt/cm2.


Membrane-electrode assembly (MEA) for low-temperature polymer-electrolyte hydrogen fuel cells has been manufactured with a novel procedure utilizing direct deposition of catalyst nanomaterial generated by spark evaporation. Platinum nanomaterial from spark discharge generator was filtered onto a porous gas diffusion layer (GDL) to form a gas diffusion electrode (GDE), which was hot-pressed onto a polymer electrolyte membrane. The final MEA sandwich consists of anode GDE, membrane, and cathode GDE, and it features an active area of 5 cm2 and a platinum loading of 0,40 mg/cm2 on each electrode.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0326002