Polimer Elektrolit Yakıt Hücresi Elektrotundaki Tungsten Oksit

Polimer elektrolit yakıt hücresinin (PEFC) geniş bir pazara ulaşabilmesi için yeni alternatif elektrot malzemelerinin geliştirilmesi esastır. Günümüzde, oksijenin azaltılması için yeterli aktivitenin elde edilmesi için, özellikle katod üzerinde yüksek platin yüklemeleri gerekmektedir. Ek olarak, elektrot bozulması katalizör yüzey alanı kaybına neden olur ve zamanla hücre performansını korumak için yüksek başlangıç ​​yüklemeleri gerektirir. Katalizörün zehirlendiği anot tarafında da örneğin Pt ile ilgili problemler vardır; CO, etkinliği azaltır.

Elektrotları iyileştirme ve maliyetlerini düşürme yaklaşımları sürekli olarak değerlendirilir ve katalizör katmanının yeni yapıları ve morfolojilerinin yanı sıra alternatif katalizörler veya destekler içerir. Değerli olmayan metaller, Pt alaşımları / karışımları ve / veya yeni desteklere dayanan alternatif katalizörler tercihen toplam Pt miktarını azaltmalı, aktiviteyi arttırmalı ve yakıt hücresi ortamında stabil olmalıdır. Destek materyali, katalizörün elektronik yapısını değiştirmenin yanı sıra dökülme efektleri ile aktiviteyi etkileyebilir. Yeni destek malzemeleri, katalizörün veya desteğin kendisinin aktivitesini, kullanımını ve dengesini artırabilir.

Tungsten oksit, özellikle eşsiz elektrokromik özelliklerinden dolayı, aynı zamanda elektrokatalitik aktivitelerinden dolayı, geniş bir uygulama yelpazesi için kapsamlı bir şekilde araştırılmış bir malzemedir. Elektrokromizma, tungsten oksidin, tungsten bronzlarının oluşumundaki yapısına, örneğin iyonları (örneğin, H, Li, Na, K, Pb, Cd) araya sokmasını / ayırmasını sağlar. En yaygın olarak incelenen form, protonların HxWO3 ve 0 < x 1 olarak oksit yapısına yerleştirildiği hidrojen tungsten bronzdur. Bronz oluşum mekanizması, çok sayıda çalışmanın konusu olmuştur ve hidrojen atomlarının içinde hidroksil bağları oluşturması önerilmektedir. tungsten oksit.

Bronz oluşumu, su içeriği, gözeneklilik ve ayrıca tungsten oksidin katalitik özelliklerini etkileyen kristallikten büyük ölçüde etkilenir. Protonların W0x yapısına dahil edilebileceği gibi, aynı zamanda önemli bir hareketliliğe de sahiptirler; bu, W0x'in bu koşullar altında bir proton iletkeni olarak işlev görmesi anlamına gelir. Hidrojen tungsten bronz oluşumu su içeriğine bağlı olduğundan, bağıl nemi değiştirirken iletkenlikte büyük farklılıklar bildirilmiştir. Dahası, tungsten oksit üzerinde desteklenmiş Pt'nin bronz oluşumunu etkilediği ve hem hidrojen interkalasyon / deinterkalasyon tepe noktalarının artan yoğunluğunun hem de tepe potansiyelinin daha yüksek potansiyellere kaydığı rapor edilmiştir.

Tungsten oksit, yakıt hücresi anotunda hem katot elektrotlarda hem destek hem de aktif katalizör olarak değerlendirilmiştir. Tek tungsten oksit, yüksek poroziteye ve yüksek yüzey alanına atfedilen hidrojen oksidasyonu için aktivite göstermiştir. Kombine Pt ve tungsten oksit bazlı katalizörler, metanol / etanol oksidasyonu, CO oksidasyonu, hidrojen oksidasyonu ve ayrıca oksijenin azaltılması için araştırılmıştır. Metanol oksidasyonu için, WOx üzerindeki Pt sistemi, hem Pt'den W0x'e hidrojenin dökülmesine bağlı olarak Pt katalizöründe, hem de W0x'in düşük potansiyellerde oksijen atomları sağlayabilmesi ve dolayısıyla CO-zehirlenmesini önleyebilmesi nedeniyle arttırılmış etkinlik göstermiştir. Diğerleri geliştirilmiş performansı, Wx'deki Pt'nin arttırılmış bir elektrokimyasal aktif yüzey alanına (ECSA) bağladı.

Tungsten oksit ayrıca, asitli ortamda, polimer elektrolit yakıt hücresi uygulamalarında kullanım için bir ön şart olan nispeten kararlıdır. Bununla birlikte, bazı tungsten oksitlerin çözündüğü bildirilmiştir. Önceki bir çalışmada, PEFC'de ince metal katotlarda farklı metal oksitlerin platinin stabilitesi ve aktivitesi üzerindeki etkisini inceledik. WOx üzerindeki Pt, oksijen azaltma için gelişmiş bir aktivite ve muhtemelen sadece Pt ile karşılaştırıldığında daha iyi bir stabilite sergilemiştir. Azaltılmış platin oksit oluşumu ve platin katalizli hidrojen tungsten bronz oluşumu gibi ilginç özellikler, Pt'nin W0x üzerine depolandığı zaman da görülmüştür.