Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ผลของชั้นแพร่แก๊สต่อตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมที่เตรียมโดยการพอกพูนด้วยไฟฟ้าสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

EFFECTS OF GAS DIFFUSION LAYER ON Pt CATALYST PREPARED BY ELECTRODEPOSITION FOR PEM FUEL CELL

Year (A.D.)

2014

Document Type

Thesis

First Advisor

นิสิต ตัณฑวิเชฐ

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

เทคโนโลยีเชื้อเพลิง

DOI

10.58837/CHULA.THE.2014.770

Abstract

งานวิจัยนี้ทำการศึกษาผลของชั้นแพร่แก๊สที่มีต่อตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมที่เตรียมโดยการพอกพูนด้วยไฟฟ้า โดยชั้นแพร่แก๊สจากแหล่งที่มาต่างกันจะมีโครงสร้างและสมบัติที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมเนื่องจากปฏิกิริยาการพอกพูนด้วยไฟฟ้าเกิดขึ้นที่ผิวหน้าของชั้นแพร่แก๊ส จากการศึกษาพบว่า ประเภทและความหนาของชั้นแพร่แก๊ส ปริมาณ PTFE และชั้นไมโครพอรัสส่งผลต่อขนาดและลักษณะการกระจายตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาบนผิวหน้าของขั้วไฟฟ้า ซึ่งปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อพื้นที่ผิวในการเกิดปฏิกิริยาและสมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงด้วย โดยพบว่าผิวหน้าของกระดาษคาร์บอนมีความเรียบมากกว่าผ้าคาร์บอนซึ่งมีการขึ้นรูปแบบกลุ่มมัดของเส้นใยคาร์บอนซึ่งเกิดจากการทอ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่พอกพูนได้จึงมีการกระจายตัวที่สม่ำเสมอมากกว่า เมื่อความหนาและความหนาแน่นของชั้นแพร่แก๊สที่มีค่าต่ำจะส่งผลให้มีช่องว่างระหว่างเส้นใยคาร์บอนสูงเสมือนรูพรุนมีขนาดใหญ่ ความแข็งแรงต่ำและเกิดการเสียสภาพในเชิงกายภาพในขั้นตอนการกดอัด นอกจากนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมที่พอกพูนได้มีการกระจายตัวลงไปตามช่องว่างระหว่างเส้นใยคาร์บอน โดยตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านั้นจะเกิดปฏิกิริยารีดักชันของแก๊สออกซิเจนได้ยากกว่า เนื่องจากบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาจะต้องเป็นบริเวณที่มีการสัมผัสกันระหว่างบริเวณ 3 เฟส ส่งผลให้สมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงต่ำ โดยปริมาณ PTFE ที่เป็นองค์ประกอบของชั้นแพร่แก๊สควรมีความสมดุลกันระหว่างการจัดการน้ำในระบบและสมบัติภาวะการเปียก โดยปริมาณ PTFE ที่เหมาะสมจะทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเกิดการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ นอกจากนี้ชั้นแพร่แก๊สที่ผู้ผลิตได้ทำการเคลือบชั้นไมโครพอรัสไว้แล้วพบว่ามีผิวหน้าที่เรียบและสม่ำเสมอ และไม่จำเป็นจะต้องมีการเตรียมชั้นไม่ชอบน้ำเพิ่ม โดยมีการเตรียมเพียงชั้นชอบน้ำชั้นเดียวและจะพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่พอกพูนได้มีการกระจายตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาที่สม่ำเสมอ ไม่รวมตัวเป็นกลุ่มก้อนขนาดใหญ่ ส่งผลให้มีพื้นที่ผิวในการเกิดปฏิกิริยาสูงและสมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงที่ดี

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

This research studies the effect of gas diffusion layers (GDL) on Pt catalysts prepared by electrodeposition. GDL from different sources have different structures and properties so that they are expected to affect electrodeposition process and catalyst properties. It was found that type and thickness of the GDL, PTFE content and micro-porous layer (MPL) affected the morphology and distribution of Pt catalysts deposited on the surface of the GDL which eventually affected the performance of fuel cells. The GDL made from carbon paper had a smoother surface than that made from carbon cloth which consists of bundles of carbon fibers fabricated from a woven process. As the result, the catalysts deposited on carbon paper had a more uniform distribution. The GDL with a thin layer possess wide gaps between carbon fiber or the large pore size. Then, some Pt was deposited in the inner layer of the GDL leading to a less accessibility of the Pt catalyst sites to the oxygen reduction reaction. PTFE content on the GDL was found to be important since it should be balanced between the effect on the water management during the fuel cell operation and the wettability during Pt electrodeposition. Some manufacturers prepared the MPL on the GDL so that it was unnecessary to add hydrophobic layer, and only hydrophilic layer should be prepared in order to obtain a Pt deposit with uniform distribution and high active surface area catalysts.

Link to Full Text

Share

COinS