aalto1 untyped-item.component.html
Elektrodien valmistus suorametanolipolttokennolle
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Location:
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Kem-31
Degree programme
Language
fi
Pages
viii + 68
Series
Abstract
Suorametanolipolttokenno (DMFC) on lupaava vaihtoehto energiantuotantoon, varsinkin kannettavien laitteiden virtalähteeksi.
Jotta kaupalliset sovellukset olisivat kannattavia, pitäisi DMFC:lla saavutettavien tehotiheyksien nousta ja hinnan laskea.
Näitä tavoitteita pyritään saavuttamaan esimerkiksi tutkimalla uusia ja halvempia elektrolyyttimateriaaleja, jotka toimisivat DMFC:ssa ainakin yhtä hyvin kuin nykyään käytetty Nafion® .
Optimoimalla elektrodien rakennetta ja niiden liittämistä elektrolyyttiin pyritään vähentämään tarvittavan katalyytin määrää.
Tässä diplomityössä esitellään ensin lyhyesti polttokennotyypit ja eri mahdollisuuksia yhteenliitettyjen membraanin ja elektrodien (MEA) valmistamiselle polymeerielektrolyytti-membraanipolttokennolle (PEMFC).
Tutkimusosassa selvitetään kuinka MEA:n valmistaminen maalaamalla elektrodit membraanin pintaan soveltuu kokeelliselle sulfonihapolla oksastetulle poly(vinylideenifluoridi)-membraanille (PVDF-g-PSSA).
Hinnaltaan PVDF-gPSSA on huomattavasti halvempi kuin Nafion.
Tavoitteena on löytää valmistusolosuhteita ja elektrodikerroksen koostumusta vaihtelemalla toimiva MEA.
Valmis MEA testataan DMFC:ssa eri lämpötiloissa.
Tuloksia verrataan Nafion-membraanille valmistetusta MEA:sta saataviin tuloksiin.
Tutkimuksissa havaittiin, että lyhyenkin testin aikana Nafionia sideaineena käyttävä elektrodimateriaalia irtosi PVDF-g-PSSA-membraanin pinnasta.
Polttokennon suorituskyky laski 90 % viidessä päivässä 60°C:ssa.
Nafion-membraanille tehdyn MEA:n suorituskyky puolestaan nousi hiukan testin aikana.
Elektrodi pysyi hyvin kiinni Nafion-membraanissa.
Kuumapuristuslämpötilan nostaminen paransi PVDF-g-PSSA-MEA:n suorituskykyä yleisesti mutta ei estänyt suorituskyvyn laskua ajan kuluessa.
Kun Nafionin määrä anodilla oli 60 % katalyytin määrästä, saavutettiin paras suorituskyky.
MEA:n kestävyyteen ei Nafion-pitoisuudella ollut vaikutusta.
Polttokennon lämpötilan laskeminen hidasti suorituskyvyn laskua niin, että 30°C: ssa laskua tapahtui 10 % viidessä päivässä.
Toisaalta mittausten alussa PVDF-g-PSSA-MEA:n suorituskyky oli kuitenkin noin 5 % parempi kuin vastaavissa olosuhteissa testatun Nafion-MEA:n.
Mittausten perusteella voidaan sanoa, että on hyvin vaikeaa valmistaa maalaamalla kestävää MEA:a PVDF-g-PSSA-membraanille, kun elektrodin sideaineena on Nafion.
Toimiva ratkaisu voi löytyä muista MEA:n valmistusmenetelmistä tai sideaineen vaihtamisella paremmin yhteensopivaan aineeseen.