Degradation of fuel cell catalysts
| Thesis title in Czech: | Degradace katalyzátorů palivových článků |
|---|---|
| Thesis title in English: | Degradation of fuel cell catalysts |
| Academic year of topic announcement: | 2020/2021 |
| Thesis type: | dissertation |
| Thesis language: | angličtina |
| Department: | Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP) |
| Supervisor: | doc. Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 23.09.2020 |
| Date of assignment: | 23.09.2020 |
| Confirmed by Study dept. on: | 02.10.2020 |
| Guidelines |
| Palivové články s polymerní membránou (PEMFC) jsou na pokraji revoluční změny v oblasti elektřiny. Kromě aktivity a ceny je stabilita katalyzátoru jedním z klíčových problémů pro jejich úspěšnou komercializaci. Kvůli korozním podmínkám katody PEMFC je degradace katalyzátoru častým problémem a vede ke zhoršení výkonu palivových článků v průběhu jejich používání. Úplné znalosti o vývoji struktury a složení katalyzátorů v podmínkách provozu palivových článků však zůstávají velmi vzácné.
V rámci této doktorské práce budou katalyzátory připravovány metodou magnetronového naprašování. Simulace provozních podmínek palivového článku bude provedena v elektrochemické cele a chování katalytických vrstev bude zkoumáno in-situ pomocí elektrochemické mikroskopie atomárních sil (EC-AFM) a rotační diskové elektrody (RDE). Pro dodatečnou charakterizaci budou využívány také ex-situ metody elektronových mikroskopií (SEM, TEM), fotoelektronová spektroskopie (XPS) a rentgenová difrakce (XRD). Paralelně budou prováděny experimenty na optické dráze SAXS na synchrotronu Elettra v Itálii s použitím in situ rozptylu na malých úhlech (GISAXS) pomocí speciálně konstruované elektrochemické cele. Cílem práce bude sledovat souvislosti mezi morfologickou, strukturní a kompoziční degradací katalyzátoru a provozními podmínkami palivových článků. V rámci práce se předpokládá každoročně dvouměsíční pobyt v Itálii na synchrotronu Elettra. |
| References |
| [1] Proton Exchange Membrane Fuel Cells. Ed.: Zhingang Qi. CRC Press (2014) ISBN: 978-1-4665-1370-9
[2] Handbook of Fuel Cells: Fundamentals, Technology, Applications. Ed.: E. W. Vielstich, A. Lamm, H.A. Gasteiger. Wiley (2003) ISBN: 978-0-471-49926-8 |
| Preliminary scope of work in English |
| Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are on the verge of creating a vast revolutionary change in the field of electricity. However, other than activity and cost, durability of the catalyst is one of key issues for its successful commercialization. Due to the corrosive conditions of PEMFC cathode, degradation of catalyst is reportedly inevitable and is resulted in fuel cell performance deterioration over time of usage. However, the full knowledge about the structure and composition changes of catalysts under the conditions of fuel cell operation remain very scarce.
In this doctoral work catalytic layers will be prepared using the magnetron sputtering technique. The simulation of the fuel cell operating conditions will be performed in the electrochemical cell and the behavior of the catalysts will be investigated in-situ using electrochemical atomic force microscopy (EC-AFM) and rotating disc electrode (RDE) techniques. Ex-situ methods of electron microscopy (SEM, TEM), photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffraction (XRD) will also be used for further catalyst characterizations. In parallel, experiments will be carried out at SAXS beamline at Elettra synchrotron in Italy using in situ grazing-incidence small-angle scattering (GISAXS) using a specially designed electrochemical cell. The aim of the work is to establish the connections between morphological, structural and compositional degradation of a catalyst and operation conditions of the fuel cell. The work will include two months per year stay in Italy at Elettra synchrotron. |