Zavádění nízkoemisních technologií vyžaduje vývoj pokročilých zdrojů energie. Vodíkové palivové články protově-vodivou membránou jsou považovány za jeden z hlavních kandidátů na elektrifikaci dopravního sektoru, poskytující účinné a lehké systémy na výrobu energie. Výkon palivových článků však závisí na katalyticky vylepšených elektrodách s relativně velkým množstvím drahé platiny. Aby byla technologie palivových článků dostupná a aby se zvýšil její podíl na trhu, je nutná změna paradigmatu ve vývoji katalyzátorů. Změna místního pH na zásadité tedy může radikálně zvýšit účinnost redukce kyslíku a poskytnout výrazně levnější a odolnější katalyzátory. Navíc se zlepší životnost součástí palivových článků díky pasivačnímu efektu v alkalickém médiu. Na druhé straně je rychlost reakce oxidace vodíku (HOR) na anodovém katalyzátoru v alkalickém prostředí výrazně snížena ve srovnání s kyselým prostředím. Nižší rychlost reakce HOR je umocněna problémem zaplavení vodou. Proto je nutné vyvinout vrstvy katalyzátoru, které mají vysokou aktivitu HOR, ale mají malé nebo žádné použití kovů ze skupiny platiny. Tyto katalyzátory budou připraveny jak chemickými, tak PVD technikami a analyzovány metodami R/RDE, XPS, TEM a SEM. Pro testování v palivových článcích budou použity nejslibnější materiály. Spolu s vývojem nových katalyzátorových materiálů bude studován a optimalizován transport vody a plynu.
Seznam odborné literatury
1. Liang An, T.S. Zhao. Anion Exchange Membrane Fuel Cells. Principles, Materials and Systems. Springer, Cham 2018, ISNB 978-3-319-71370-0.
2. Marc Koper, Andrzej Wieckowski. Fuel Cell Catalysis: A Surface Science Approach. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons Inc, 2009. ISBN 978-0-470-13116-9
3. Y. Cong, et al, Hydrogen oxidation reaction in alkaline media: From mechanism to recent electrocatalysts, Nano Energy,Volume 44, 2018, P 288-303.
Předběžná náplň práce v anglickém jazyce
Phasing-in of low-emission technologies requires the development of advanced power sources. Hydrogen proton-exchange fuel cells are considered as one of the main candidates for the electrification of the transportation sector, providing efficient and lightweight power generating systems. However, fuel cell performance relies on catalytically enhanced electrodes with relatively large amounts of expensive platinum. To make fuel cell technology affordable and increase its market share a paradigm shift in catalyst development is required. Thus, a change of local pH to the base one can radically boost oxygen reduction performance, providing significantly cheaper and more durable catalysts. Moreover, the durability of fuel cell components will be improved due to the passivation effect in the alkaline medium. On the other hand, the hydrogen oxidation (HOR) reaction rate on the anode catalyst in an alkaline medium is significantly reduced by comparison to an acidic medium. The lower rate of HOR reaction is exacerbated by the water flooding issue. Therefore, it is necessary to develop catalyst layers that have high HOR activity, yet have little or no use of platinum group metals. Such catalysts will be prepared by both chemical and PVD techniques and analyzed by R/RDE, XPS, TEM, and SEM methods. The most promising materials will be used for fuel cell testing. Alongside with development of novel catalyst materials water and gas transport will be studied and optimized.
