Transition metal and nitrogen doped nanocarbon cathode catalysts for anion exchange membrane fuel cells

Vesiniku kasutamine energiakandjana võiks olla lahendus meie kasvavatele energiajulgeoleku, keskkonnareostuse ja kliimamuutuse probleemidele. Vesinikkütusel töötavaid prootonvahetusmembraaniga kütuseelemente kasutatakse juba transpordisektoris, kuid nende laialdast turustamist piirab vajadus väärismetallkatalüsaatorite järele. Anioonvahetusmembraaniga kütuseelementide tehnoloogia on praegu veel arendamisjärgus, kuid see annaks võimaluse kasutada tunduvalt odavamaid mitte-väärismetallkatalüsaatoreid. Siirdemetallide ja lämmastikuga dopeeritud süsinikmaterjalid on aktiivsed elektrokatalüsaatorid hapniku redutseerumisreaktsiooni jaoks leeliselises keskkonnas ja seega saab neid kasutada anioonvahetusmembraaniga kütuseelementides katoodmaterjalina. Doktoritöö eesmärk oli valmistada mitte-väärismetallkatalüsaatoreid hapniku elektrokeemilise redutseerumisreaktsiooni jaoks, uurida nende elektrokatalüütilisi omadusi ning rakendusvõimalusi anioonvahetusmembraaniga kütuseelemendis. Katalüsaatorite valmistamiseks kasutati erineva morfoloogiaga nanostruktuurseid süsinikmaterjale: süsiniknanotorusid, karbiidse päritoluga süsinikku, grafeeni ja kommertsiaalset ning ise valmistatud mesopoorset süsinikku. Need süsinikmaterjalid dopeeriti lämmastiku ja siirdemetallidega (raud, koobalt, mangaan) kõrgtemperatuurse pürolüüsi käigus. Uuriti nii erinevate lisandite kui ka süsinikkandja struktuuri mõju katalüsaatorite hapniku redutseerimise aktiivsusele. Materjalide kasutamisel katoodkatalüsaatoritena anioonvahetusmembraaniga kütuseelemendis saadi võrreldavad tulemused plaatinakatalüsaatoriga, näidates seega, et mitte-väärismetallkatalüsaatorid võivad tõepoolest asendada väärismetalle kütuseelementides.

Author

• Lilloja, Jaana

• fuel cells
• nanostructured materials
• carbon materials
• carbon nanotubes
• transition metals
• catalysts
• electrocatalysis
• electrochemical reduction

Identifier

hdl:10062/83230

OAI identifier oai:identifier

oai:dspace.ut.ee:10062/83230