Development and characterisation of carbon nano fibre based membrane electrode assemblies for PEM fuel cells

Abstract

Lucrarea de față își propune dezvoltarea și caracterizarea unor electrozi de difuzie a gazelor cu conținut scăzut de platină ce vor fi ulterior folosiți ca anozi în pilele de combustie cu electrolit polimeric (PEMFC). Materialul suport folosit pentru depunerea catalizatorului este constituit din fibre de carbon (CNF) datorită suprafeței lor specifice foarte ridicate cât și datorită gradului mărit de grafitizare. Funcționalizarea suprafeței fibrelor de carbon este realizată printr-un proces ecologic și totodată economic, utilizând plasma în atmosferă de oxigen. Pentru pregătirea electrozilor se folosește o dispersie obținută prin amestecarea fibrelor de carbon tratate anterior în plasmă cu izopropanol și un polimer hidrofilic. Amestecul este pulverizat pe un substrat grafitic, electrodul obținut este uscat și pe suprafața acestuia se depun particule de platină printr-un proces electrochimic. Rezultatele preliminarii au stabilit că tratamentul fibrelor de carbon în plasmă de oxigen îmbunătățește considerabil atât dispersibilitatea acestora, cât și cantitatea respectiv morfologia depozitului de platină. Morfologia și structura electrozilor este analizată prin intermediul microscopiei electronice de baleiaj. Cantitatea de platină depusă pe fibrele de carbon este determinată prin analiză termogravimetrică, iar valorile obținute se încadrează în intervalul 0,010 – 0,016 mg cm-2. Electrozii de difuzie a gazelor (GDE) sunt folosiți în cele din urmă pentru obținerea ansamblului membrană - electrod (MEA), iar testarea este realizată într-un stack modular inovator bazat pe compresie hidraulică. Informațiile tehnice despre designul și modul de funcționare al stackului sunt prezentate în această lucrare. În mediul de testare descris s-au obținut valori maxime de putere de până la 182 mW cm-2, în condiții de operare severe.