การขึ้นรูปเซลล์เดี่ยวของเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็งแบบไดเรกต์เอทานอลโดยใช้แพลทินัมและโลหะผสมแพลทินัมเป็นขั้วไฟฟ้า

Abstract

งานวิจัยนี้ได้ทำการขึ้นรูปเส้นใยนาโนแพลทินัม (Pt) เส้นใยนาโนแพลทินัมทองแดง (Pt-Cu) และเส้นใยนาโนแพลทินัมดีบุก (Pt-Sn) ด้วยวิธีอิเล็กโตรสปินนิง เพื่อใช้เป็นขั้วแอโนดในเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็งแบบไดเรกต์เอทานอล (DE – SOFC) โดยทำการศึกษาสภาวะการขึ้นรูปที่ไม่ก่อให้เกิดปมในโครงสร้างของเส้นใย จากการศึกษาพบว่าสภาวะที่เหมาะสมต่อการขึ้นรูปเส้นใยนาโน Pt และ Pt-Cu ได้แก่ (i) ความเข้มข้นของสารตั้งต้นประมาณ 33 - 38 mg/ml (ii) ความเข้มข้นของ PVP (Mw 1,300,000 g/mol) = 35 - 38 mg/ml (iii) อัตราส่วนของน้ำต่อเอทานอลในช่วง 0.25 - 0.3 และ (iv) ความต่างศักย์ระหว่างปลายเข็มถึงฐานรอง = 4.5 kV สำหรับเส้นใยนาโนของ Pt-Sn ตัวแปรที่เหมาะสมต่อการขึ้นรูปเส้นใย ได้แก่ (i) ความเข้มข้นของสารตั้งต้น = 20 mg/ml (ii) ความเข้มข้นของ PVP (Mw 40,000 g/mol) = 240 mg/ml (iii) อัตราส่วนของน้ำต่อเอทานอล = 0.08 และ (iv) ความต่างศักย์ระหว่างปลายเข็มถึงฐานรอง = 6.0 kV จากนั้นนำเส้นใยนาโน PVP-Pt PVP-Pt-Cu และ PVP-Pt-Sn ที่ได้ไปเผาแคลไซน์ที่อุณหภูมิ 300 350 และ 450 ºC ตามลำดับ เป็นเวลา 5 ชั่วโมง การขึ้นรูปเซลล์เดี่ยวของเซลล์เชื้อเพลิงทำโดยการนำเส้นใยนาโน Pt และโลหะผสม Pt ซึ่งผสมใน ink vehicle ทาลงบนเม็ดอิเล็กโทรไลต์ BaZr0.8Y0.2O3- และใช้ Pt paste เป็นขั้วแคโทด ผลจากการทดสอบประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงพบว่า เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างแบบเส้นใยนาโนจะให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเคมีสูงกว่าเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็น Pt paste ในช่วงอุณหภูมิ 400 – 550 ºC และเซลล์เชื้อเพลิงที่ให้กำลังไฟฟ้าสูงที่สุดที่อุณหภูมิ 550 ºC คือเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้เส้นใยนาโน Pt เป็นขั้วแอโนดโดยให้กำลังไฟฟ้าเท่ากับ 0.5763 mW/cm2