Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Graphene oxide-based nano-materials as catalysts for oxygen reduction reaction

Bojarska Zuzanna, Mazurkiewicz-Pawlicka Marta, Makowski Łukasz

Chemical and Process Engineering

|

2019

|

Vol. 40, nr 4

361–-376

EN

The aim of the presented research was to test different carbon supports, such as graphene oxide (GO), graphene oxide modified with ammonia (N-GO), and reduced graphene oxide (rGO) for catalysts used in a low-temperature fuel cell, specifically a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Modification of the carbon supports should lead to different catalytic activity in the fuel cell. Reduction of GO leads to partial removal of oxygen groups from GO, forming rGO. Modification of GO with ammonia results in an enrichment of GO structure with nitrogen. A thorough analysis of the used supports was carried out, using various analytical techniques, such as FTIR spectroscopy and thermogravimetric (TGA) analysis. Palladium and platinum catalysts deposited on these supports were produced and used for the oxygen reduction reaction (ORR). Catalytic activity tests of the prepared catalysts were carried out in a home-made direct formic acid fuel cell (DFAFC). The tests showed that the enrichment of the GO structure with nitrogen caused an increase in the catalytic activity, especially for the palladium catalyst. However, reduction of GO resulted in catalysts with higher activity and the highest catalytic activity was demonstrated by Pt/rGO, because platinum is the most catalytically active metal for ORR. The obtained results may be significant for low-temperature fuel cell technology, because they show that a simple modification of a carbon support may lead to a significant increase of the catalyst activity. This could be useful especially in lowering the cost of fuel cells, which is an important factor, because thousands of fuel cells running on hydrogen are already in use in commercial vehicles, forklifts, and backup power units worldwide. Another method used for lowering the price of current fuel cells can involve developing new clean and cheap production methods of the fuel, i.e. hydrogen. One of them employs catalytic processes, where carbon materials can be also used as a support and it is necessary to know how they can influence catalytic activity.

2

Wybrane problemy badawcze reakcji redukcji tlenu na granicy faz Pt|8YSZ

Dudek M., Tomczyk P., Raźniak A., Lis B., Reben M., Gajek M., Socha R. P.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 2

162--167

PL

W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań procesu redukcji tlenu w układzie O2|Pt|8YSZ (elektrolit tlenkowy 8% mol. Y2O3 w ZrO2) w warunkach pracy ogniwa SOFC z wykorzystaniem pseudopunktowych elektrod platynowych litych i porowatych. Na podstawie pomiarów chronoamperometrycznych wykonanych dla układu O2|Pt|8YSZ po spolaryzowaniu elektrody platynowej nadnapięciem ujemnym E = -0,5 V w temperaturze 700 °C, stwierdzono wzrost wielkości prądu w przypadku obu typów elektrod w czasie długotrwałej polaryzacji. Zastosowanie metody elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej pozwoliło na stwierdzenie zmniejszenia się oporności omowej Rs, której wielkość nie powinna zależeć od przyłożonego nadpotencjału. Znacznemu obniżeniu uległa również wielkość oporności polaryzacyjnej (aktywacyjnej) Rp, co związane jest głównie z kinetyką reakcji elektrodowej redukcji tlenu. Przyczyną obserwowanych zmian oporności Rp oraz Rs po spolaryzowaniu nadnapięciem ujemnym może być poszerzenie strefy reakcji redukcji tlenu. Fakt ten potwierdziły obserwacje wykonane metodą mikroskopii skaningowej powierzchni kontaktu elektrody Pt z elektrolitem 8YSZ dla „zamrożonych” próbek po badaniach elektrochemicznych. Platynowa elektroda spolaryzowana ujemnym nadnapięciem jest źródłem migrującego metalu, który rozprzestrzenia się wokół elektrody w formie dendrytu. Tak więc rozbudowa metalicznej struktury dendrytowej w strefie przyelektrodowej zwiększa pole kontaktu trzech faz, na którym zachodzi reakcja redukcji tlenu. Czynniki te prowadzą do wzrostu wielkości prądu płynącego przez półogniwo: O2|Pt|8YSZ. Dodatkowo w wyniku pomiarów wykonanych metodą XPS/ESCA zidentyfikowano zmiany struktury powierzchniowej warstwy elektrolitu 8YSZ w obszarze kontaktu z elektrodą Pt, zachodzące pod wpływem długotrwałej polaryzacji.

EN

This paper presents the investigations of the oxygen reduction process in the O2|Pt| 8YSZ (8 mol.% Y2O3 in ZrO2) system using the quasi metallic point and porous platinum electrodes. The chronoamperometric and electrochemical impedance spectroscopy measurements were performed for the O2|Pt|8YSZ system at 700 °C after polarization of the platinum electrode with a negative overpotential of E = -0.5. The increase in absolute values of current, which flowed in the O2|Pt|8YSZ half-cell, was noticed for both types of platinum electrodes during the long-term polarization. Electrochemical impedance spectroscopy investigations revealed a decrease of ohmic resistance Rs which should not be dependent on the applied voltage. The decrease in polarization resistance Rp was also noticed, being mainly related to the electrode reaction kinetics of oxygen reduction. The main reason for the observed changes in the Rp and Rs resistances during the long time polarization at the overpotential of -0.5 V could be related to variations of the Pt electrode geometry. These facts were confirmed by the SEM/EDX analysis. The platinum electrode polarized with the negative overpotential is a source of dendrite-like particles deposited on the 8YSZ surface. Thus, expansion of the metallic dendrite structure in the place of direct contact with the quasi point electrode caused a increase of the three phase boundary area. As a consequence of this, a continuous increase in current for the O2|Pt|8YSZ system was observed. These observations agree with the XPS/ESCA investigations which identified changes in the surface structure of the 8YSZ ceramic electrolyte that occurred during the long-time polarization.

3

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ composite cathode for solid oxide fuel cell

Mosiałek M., Kędra A., Krzan M., Bielańska E., Tatko M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1483--1488

EN

Composite cathodes contain Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ were tested in different configuration for achieving cathode of area specific resistance lower than Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ cathodes. Electrodes were screen printed on samaria-doped ceria electrolyte half-discs and tested in the three electrode setup by the electrochemical impedance spectroscopy. Microstructure was observed by scanning electron microscopy. The lowest area specific resistance 0.46 and 2.77 Ω cm-2 at 700 °C and 600 °C respectively revealed composite cathode contain Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ in 1:1 weight ratio. The area specific resistance of this cathode is characterized by the lowest activation energy among tested cathodes.

4

Composite Ag-La0.8Sr0.2 MnO3-σ cathode for solid oxide fuel cells

Mosiałek M., Przybyła M., Tatko M., Nowak P., Dudek M., Zimowska M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1337--1340

EN

Composite cathodes for solid oxide fuel cells composed of metallic silver dispersed in ceramic (Ag-La0.8 Sr0.2 MnO3-σ ) matrix were prepared on the surface of solid electrolyte by two-step procedure. First the matrix of controlled porosity was created by sintering mixture of Ag-La0.8 Sr0.2 MnO3-σ powder with the organic polymer beads then the matrix was saturated with AgNO3 solution and sintered again. Such obtained cathodes showed higher electrical conductivity and lower charge transfer resistance in oxygen reduction reaction in comparison to pure ceramic cathodes.

PL

Na powierzchni elektrolitu stałego wytwarzano kompozytowe katody dla stałotlenkowych ogniw paliwowych zbudowane z metalicznego srebra rozproszonego w osnowie z Ag-La0.8 Sr0.2 MnO3-σ .Osnowę o kontrolowanej porowatości otrzymywano przez prażenie mieszaniny proszku Ag-La0.8 Sr0.2 MnO3-σ z kulkami z tworzywa organicznego. Porowatą osnowę nasycano roztworem AgNO3 i ponownie wyprażano. Tak otrzymane katody wykazywały wyższą przewodność elektryczną i niższą oporność aktywacyjną w reakcji redukcji tlenu w porównaniu z katodami z czystej ceramiki.