Katalizator

V sodelovanju s Kemijskim Inštitutom v Ljubljani je podjetje Mebius razvilo novo vrsto 'jedro-plašč' katalizatorja s strukturno urejeno platinsko povrhnjico, ki obdaja kaljeno Cu3Pt jedro. Takšni tipi katalizatorjev so drugod šele v razvoju, medtem ko smo naš katalizator že testirali pod raznovrstnimi delovnimi pogoji, naši partnerji na KI pa so že v postopku povečevanja obsega proizvodnje katalizatorja iz 20g na več kot 200g na cikel.

Prerez nanodelca vstavljenega v grafitizirano oglje, ki kaže platinsko povrhnjico na urejeni PtCu3 lupini, umetniški prikaz, avtor Jaka Birsa.

EM tomografija PtCu3 nanodelca, ki prikazuje 2 monosloja Pt-povrhnjice na urejeni (Pm3m) lupini. (Z dovoljenjem Kemijskega Inštituta, Ljubljana)

Pri takšni sposobnosti obvladovanja razporeditve platine znotraj delca, kjer le nekaj slojev platinskih atomov prekriva strukturno urejeno Cu3Pt jedro, so velike prednosti. Vsa platina, ki je prisotna v povrhnjici je tako na voljo za potek elektro-kemične reakcije. Posledično ni več omejitev v razporeditvi velikosti nanodelcev. Tako se izognemo t.i. efektu velikosti delcev na katalitično aktivnost, kar nam dovoljuje, da žrtvujemo nekaj elektro-katalične aktive površine (ESA). Čeprav je pri našem katalizatorju ESA nekaj manjša (med 20 in 40 m2/gPt) specifične in masne aktivnosti so precej višje kot pri navadnih Pt/C katalizatorjih.

Zgornja slika: odvisnost elektro-katalitične aktivne pvršine (ESA) od velikosti delcev katalizatorja za tri različne tipe katalizatorjev: čisti Pt nanodelci (Pt sfera), jedro-lupina platinska zlitina (jedro-lupina) in katalizator s Pt-povrhnjico (monosloj).

Dodatna prednost katalizatorjev iz zlitin platine in prehodnih kovin je njihova povišana aktivnost, zaradi napetosti materiala oziroma efekt ligandov. Vendar je v našem lastnem katalizatorju ta aktivnost skoraj podvojena v primerjavi s podobnimi platina-prehodna kovina zlitimi katalizatorji zaradi strukturno urejenega jedra pod platinsko povrhnjico, ki je prisotno v našem katalizatorju.

ORR polarizacijske krivulje v 0.1 M HClO4 pri rotacijski hitrosti 1600 RPM in pri 20 mV/s za navaden Pt/C in dva PtCu/C katalizatorja (črna je platina, modra je neurejen, rdeča pa urejen), b) je Tafel tabela in c) so faktorji pridobitka normalizirani na specifično aktivnost Pt/C pri 0.9 V.

MOR polarizacijske krivulje v 0.1 M HClO4 in 1 M methanol pri rotacijski hitrosti 1600 RPM in pri 50 mV/s za navaden Pt/C in dva PtCu/C katalizatorja (črna je platina, modra je neurejen, rdeča pa urejen), b) je Tafel tabela in c) so faktorji pridobitka normalizirani na specifično aktivnost Pt/C pri 0.9 V. V zgornjih polarizacijskih krivuljah je bila MOR izmerjena na enakih katalizatorskih filmih in v istem elektrolitu kot za ORR. (Vir)

Nedavno objavljena študija stabilnosti in degradacijskih karakteristik našega katalizatorja je prinesla odlične rezultate, saj je pokazala, da naš katalizator ne trpi efektov 'Oswald ripeninga' (fenomen, ki je skupen vsem trenutno dosegljivim komercialnim PEM katalizatorjem - Wikipedia članek - v angleščini), prav tako tudi ne trpi za ločitvijo nanodelcev od substrata, kakor tudi ni pod vplivom korozije ogljika pod različnimi testnimi protokoli električnega potenciala (ciklanje in držanje potenciala). To je bilo demonstrirano z uporabo tako imenovanih Identično Lokacijskih Transmisijskih (IL TEM) in Skenirnih (IL SEM) elektronskih mikroskopij. (Vir)

IL-TEM mikrograf PtCu3/C nanodelcev: A) kot-skaljeno, B) po 500 ciklih razstaplanja (0,2 V/s med 0,05 in 1,2 V), in C) po 7000 degradacijskih ciklih (1 V/s med 0,6 in 1,2 V). IL-SEM mikrograf istega katalizatorja: D) kot-skaljeno, E) po 500 ciklih razstapljanja, in F) po 5000 degradacijskih cilkih. (Vir)

20g katalizatorja vzetega takoj po sintezi je bilo uporabljenega v pripravi katalizatorskega črnila in z ink-jet postopkom odloženega na hidrofobizirano ogljikovo tkanino (GDL-CT, FuelCellsEtc). Tako pridobljene elektrode si bile na temperaturi stisnjene z Nafion® 115 membrano v H+ obliki, da smo pridobili MEA z 5x5 cm2 aktivno površino elektrod. Taki MEA so bili testirani v eno-celični CompuCell GT testni postaji (QuinTech GmbH, (ElectroChem Inc.)) na 65C in 80% relativni vlažnosti dovajanih plinov na obe elektrodi. Pridobljene polarizacijske krivulje so predstavljene spodaj.

Polarizacijske krivulje posnete v enoceličnih testih z membranami Nafion 115, 0.1mg/cm2 PtCu (20% wt) GDE nasičenostjo (identični anoda in katoda), izmerjeni pri 65 stopinjah Celzija in 80% relativni vlažnosti, ter primerjava z IR-korekcijo in preračunanimi vrednostmi za Nafion 211 membrano, izrisano na grafu. Desna slika prikazuje polarizacijske krivulje s tokovnimi gostotami izraženimi v enotah A na mg Pt prisotne na katodi.

Rezultati so predstavljeni v spodnjem grafu, kjer je soočena polarizacijska krivulja zgoraj opisanega MEA s krivuljo MEA, ki je bil pripravljen iz komercialnih elektrod z Pt/C katalizatorjem, ki ima gostoto nanosa 0.5mgPt/cm2geom in Nafion® 115 membrano. Očitno je, da je tudi pri realističnih pogojih MEA s Pt-skin na Cu3Pt/C katalizatorju približno 6-krat bolj aktivna, kot MEA s komercialnim Pt/C katalizatorjem pri 0.6V napram RHE.

Primerjava polarizacijskih krivulj, ki so bile pridobljene s komercialnim Pt/C elektrokatalizatorjem, in z Pt-povrhnjico preko strukturiranega PtCu3/C katalizatorja, kjer so tokovne gostote izražene v enotah A na mg platine prisotne na katodi.

Za informacije o ceni in dobavnih rokih nas kontaktirajte tukaj.