Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Effects of relative humidity on performance of Pt/zeolite-chitosan membrane in PEM fuel cell

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

ผลของความชื้นสัมพัทธ์ต่อสมรรถนะของแพลทินัม/ซีโอไลต์-ไคโตซานเมมเบรนในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Year (A.D.)

2009

Document Type

Thesis

First Advisor

Khantong Soontarapa

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

Master of Science

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Petrochemistry and Polymer Science

DOI

10.58837/CHULA.THE.2009.1258

Abstract

To study the effects of relative humidity on performance of Pt/zeolite-chitosan membrane in PEM fuel cell. The studied membranes were uncrosslinked chitosan, crosslinked chitosan and doped crosslinked chitosan membranes. The doping solution was 2% by weight of sulfuric acid. Zeolite A was incorporated in the range of 0-30% by weight of chitosan. It was found that the ion exchange capacity and proton conductivity was increased with zeolite content however the tensile strength and gas permeability was decreased. The proton conductivity in planar view at 60oC of 30% crosslinked chitosan-zeolite membranes was 0.043±0.006 S/cm and increased to 0.123 ± 0.024 S/cm in doped membranes. After Pt plating by electroless technique at 60℃ for 90 min, the proton conductivity of 30% doped crosslinked chitosan-zeolite membrane was increased to 0.312±0.008 S/cm. In single cell testing at 30oC, the current density at 0.5 V of 30% crosslinked chitosan-zeolite membrane was increased from 2.9 ± 0.1 mA/cm2 at fully hydration (RH at anode-cathode sides are 100%-100%) to 5.1 ± 0.1 mA/sq.cm for zero hydration (RH at anode-cathode sides are 0%-0%) at both sides. Amongst the studied chitosan based membranes, it was found that the 30% doped crosslinked chitosan-zeolite membrane provided the best performance. The current densities at 0.5 V without external humidifier at 30, 60 and 90℃ were 9.5 ± 0.01, 9.8 ± 0.01, and 10.1 ± 0.01 mA/sq.cm, respectively.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

ศึกษาผลของความชื้นสัมพัทธ์ต่อสมรรถนะของแพลทินัม/ซีโอไลต์-ไคโตซาน เมมเบรนในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม ชนิดของเมมเบรนที่ศึกษา ได้แก่ เมมเบรนไคโตซานไม่เชื่อมขวาง เมมเบรนไคโตซานเชื่อมขวาง และเมมเบรนเชื่อมขวางไคโตซานโดปด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 2% โดยน้ำหนัก ปริมาณซีโอไลต์ชนิดเอที่ศึกษาตั้งแต่อัตราส่วน 0% ถึง 30% โดยน้ำหนักของไคโตซาน พบว่าเมื่อปริมาณซีโอไลต์เพิ่มขึ้นความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนและค่าการนำโปรตอนมีค่าเพิ่มขึ้น แต่ค่าความสามารถในการทนต่อแรงดึงและค่าการซึมผ่านแก๊สไฮโดรเจนลดลง ค่าการนำโปรตอนของเมมเบรนเชื่อมขวางคอมโพสิทไคโตซาน–ซีโอไลต์ 30% ให้ค่าการนำโปรตอนในแนวระนาบ ณ อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส เท่ากับ 0.043 ± 0.006 ซีเมนส์ ต่อเซนติเมตร และเมื่อผ่านการโดปด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 2% โดยน้ำหนัก มีค่าสูงขึ้นเป็น 0.123 ± 0.024 ซีเมนส์ต่อเซนติเมตร หลังการเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมด้วยเทคนิคการเคลือบโดยไม่ใช้ไฟฟ้า ที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลซียส นาน 90 นาที เมมเบรนเชื่อมขวางคอมโพสิทไคโตซาน–ซีโอไลต์ 30% ที่ผ่านการโดปให้ค่าการนำโปรตอนในแนวระนาบเท่ากับ 0.312 ± 0.008 ซีเมนส์ต่อเซนติเมตร ในการศึกษาสมรรถนะเซลล์เชื้อเพลิงเดี่ยวที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส พบว่าเมมเบรนเชื่อมขวางคอมโพสิทไคโตซาน–ซีโอไลต์ 30% ให้ค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ 0.5 โวลท์ เพิ่มขึ้นจาก 2.9 ± 0.1 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ที่สภาวะทำให้แก๊สป้อนชื้นจากภายนอกจนอิ่มตัวทั้งสองด้าน (ความชื้นสัมพัทธ์ที่ฝั่งแอโนด-แคโทดเป็น 100%-100%) เป็น 5.1 ± 0.1 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร เมื่อไม่มีการทำให้แก๊สป้อนชื้นจากภายนอกทั้งสองด้าน (ความชื้นสัมพัทธ์ที่ฝั่งแอโนด-แคโทดเป็น 0%-0%) ในบรรดาเมมเบรนฐานไคโตซานที่ศึกษาพบว่า หน่วยเมมเบรนอิเล็กโทรดซึ่งเตรียมจากเมมเบรนเชื่อมขวางคอมโพสิทไคโตซาน–ซีโอไลต์ 30% ที่ผ่านการโดปให้สมรรถนะเซลล์เชื้อเพลิงดีที่สุด โดยให้ค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ 0.5 โวลท์ และไม่มีการทำให้แก๊สป้อนชื้นจากภายนอกทั้งสองทดสอบที่อุณหภูมิ 30, 60 และ 90 องศาเซลเซียส เท่ากับ 9.5 ± 0.01, 9.8 ± 0.01 และ 10.1 ± 0.01 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ตามลำดับ

Link to Full Text

Share

COinS