Development of nanostructured materials for PEM fuel cells application

Abstract

Mit Flüssigbrennstoffen betriebene Brennstoffzellen (direct liquid fuel cells, DLFC) haben als aussichtsreiche Energiequelle für elektronische Kleingeräte und tragbare Anwendungen viel Aufmerksamkeit erhalten. Diese Arbeit zielt auf die Entwicklung von hoch aktiven und beständigen Elektrokatalysatoren für die Anwendung in DLFCs. Es wurden nanostrukturierte Katalysatorsysteme geträgert auf mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs), als Katalysatoren für die Methanol- sowie für die Ameisensäure-Oxidation dargestellt. Diese wurden mit strukturaufklärenden und elektrochemischen Methoden charakterisiert, um ihre strukturellen Eigenschaften zu untersuchen und ihre elektrokatalytische Aktivität gegenüber ausgewählten Elektrooxidationsreaktionen zu bewerten. Die elektrochemische Charakterisierung verdeutlichte, dass die Katalysatoren höher Aktivität für die Methanol und Ameisensäure-Elektroxidationund höhere Stabilität als industrielle Katalysatoren zeigte. In Versuchen mit der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) zeigten die aus hergestellten und temperaturbehandelten PtRu-Katalysatoren gefertigten Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) höhere Leistung und Stabilität als die aus dem industriellen PtRu/C-Katalysator.

Direct liquid fuel cells (DLFCs) have gained much attention as promising power sources for small electronic devices and portable applications. This thesis focuses on the development of highly active and durable electrocatalysts for DLFCs application. Nanostructured catalyst supported on multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) were prepared to be used as catalysts for methanol oxidation and formic acid oxidation. The prepared catalysts were characterized with structural and electrochemical techniques to study their structural properties and to evaluate their electrocatalytic activity toward the respective fuel electrooxidation. The electrochemical characterization revealed that the catalysts exhibited higher catalytic activity for methanol and formic acid electrooxidation and higher stability than the commercial catalysts. In a direct methanol fuel cell (DMFC), the membrane electrode assemblies (MEAs) fabricated from the as-prepared and the heat treated PtRu catalysts exhibited high DMFC performance and they are more durable than the MEAs fabricated from the commercial PtRu/C catalyst when subjected to an accelerated durability test (ADT).