أكسيد التنغستن في القطب خلية الوقود بالكهرباء البوليمر

يعد تطوير مواد إلكترود بديلة جديدة أمرًا ضروريًا حتى تتمكن خلية الوقود بالكهرباء البوليمرية (PEFC) من الوصول إلى سوق واسع. اليوم ، هناك حاجة إلى تحميلات عالية من البلاتين ، وخاصة على الكاثود ، للحصول على نشاط كافٍ لتقليل الأكسجين. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي تحلل الإلكترود إلى فقد مساحة سطح المحفز ويتطلب تحميلات أولية عالية للحفاظ على أداء الخلية بمرور الوقت. هناك مشاكل متعلقة بـ Pt أيضًا على جانب الأنود حيث تسمم المحفز ، على سبيل المثال أول أكسيد الكربون ، يقلل من النشاط.

يتم تقييم مناهج تحسين الأقطاب الكهربائية وخفض تكاليفها بشكل مستمر وتتضمن محفزات أو دعامات بديلة بالإضافة إلى هياكل ومورفولوجيات جديدة لطبقة المحفز. من المفضل أن تخفض المحفزات البديلة ، المستندة إلى معادن غير نفيسة وسبائك / مخاليط Pt و / أو دعامات جديدة ، الكمية الإجمالية من Pt ، وزيادة النشاط ، وتكون مستقرة في بيئة خلايا الوقود. يمكن أن تؤثر مادة الدعم على النشاط من خلال التأثيرات الجانبية بالإضافة إلى تغيير الهيكل الإلكتروني للمحفز. يمكن أن تدعم مواد الدعم الجديدة نشاط المحفز أو استخدامه واستقراره أو دعمه نفسه.

أكسيد التنغستن هو مادة تم فحصها على نطاق واسع بحثًا عن مجموعة واسعة من التطبيقات ، وذلك أساسًا بسبب خواصها الكهروميكانيكية الفريدة ولكن أيضًا بسبب أنشطتها في مجال التحليل الكهربائي. تسمح الكهرومغناطيسية لأكسيد التنغستن بالتقاطع / إزالة أيونات (مثل H، Li، Na، K، Pb، Cd) في بنيته في تكوين برونز التنجستن. الشكل الأكثر دراسة على نطاق واسع هو برونز التنغستن الهيدروجيني حيث يتم إدخال البروتونات في هيكل الأكسيد مثل HxWO3 و 0 < x < 1. كانت آلية تشكيل البرونز موضوعًا لدراسات عديدة ، ويقترح أن تشكل ذرات الهيدروجين روابط هيدروكسيل في أكسيد التنغستن.

يتأثر تكوين البرونز بشكل كبير بالمحتوى المائي والمسامية وأيضًا البلورة ، مما يؤثر بدوره على الخصائص الحفزية لأكسيد التنجستن. في نفس الوقت الذي يمكن فيه دمج البروتونات في بنية WOx ، فإنها تتمتع أيضًا بحركية كبيرة مما يعني أن WOx يعمل كموصل بروتون في ظل هذه الظروف. منذ تكوين البرونز التنغستن الهيدروجين يعتمد على محتوى الماء ، تم الإبلاغ عن تباين كبير في الموصلية عند تغيير الرطوبة النسبية. علاوة على ذلك ، فقد ثبت أن Pt المدعوم بأكسيد التنجستن يؤثر على تكوين البرونز وقد تم الإبلاغ عن كل من الشدة المتزايدة لذروة التقشير / إزالة الهيدروجين وكذلك حدوث تحول في ذروة الجهد إلى إمكانات أعلى.

تم تقييم أكسيد التنغستن كداعم ومحفز نشط في أنود خلايا الوقود وكذلك أقطاب الكاثود. عرض أكسيد التنغستن الوحيد نشاطًا لأكسدة الهيدروجين ، والذي يعزى إلى المسامية العالية ومساحة السطح المرتفعة. تم فحص المحفزات المركبة المكونة من Pt و أكسيد التنجستن من أجل أكسدة الميثانول / الإيثانول ، أكسدة CO ، أكسدة الهيدروجين وكذلك تقليل الأكسجين. بالنسبة لأكسدة الميثانول ، أظهر نظام Pt on WOx كفاءة محسّنة على محفز Pt بسبب كل من تسرب الهيدروجين من Pt إلى WOx ولكن أيضًا قدرة WOx على توفير ذرات الأكسجين في إمكانات منخفضة وبالتالي تجنب التسمم بأول أكسيد الكربون. عزا آخرون الأداء المحسن إلى زيادة مساحة السطح النشطة الكهروكيميائية (ECSA) من حزب العمال على WOx.

يعد أيضًا أكسيد التنجستن مستقرًا نسبيًا في البيئة الحمضية ، وهو شرط أساسي للاستخدام في تطبيقات خلايا الوقود بالكهرباء البوليمرية. ومع ذلك ، تم الإبلاغ عن بعض انحلال أكاسيد التنغستن. في دراسة سابقة ، درسنا تأثير أكاسيد المعادن المختلفة على استقرار ونشاط البلاتين في الكاثودات الرقيقة في نموذج PEFC. لم يُظهر Pt on WOx نشاطًا مُحسَّنًا لتقليل الأكسجين وربما أيضًا تحسين الاستقرار مقارنةً بـ Pt وحده. شوهدت أيضًا ميزات مثيرة للاهتمام مثل انخفاض تكوين أكسيد البلاتين وتشكيل برونز تنجستين الهيدروجين المحفز عند ترسب Pt على WOx.