การปรับปรุงสมรรถนะของตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับขั้วแอโนดเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม ที่ทนทานคาร์บอนมอนอกไซด์

Abstract

ศึกษาหาสภาวะในการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อปรับปรุงสมรรถนะตัวเร่งปฏิกิริยาในขั้วไฟฟ้าแอโนด ให้มีความทนทานแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ ที่ปนเปื้อนเข้ามากับกระแสเชื้อเพลิง ในเซลล์เชื้อเพลิงแบบเยื่อแผ่นแลกเปลี่ยนโปรตอน เนื่องจากโลหะแพลทินัมสามารถเร่งปฏิกิริยาได้ดี แต่เมื่อมีแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ปนเปื้อนเข้ามาในกระแสเชื้อเพลิง แม้ในปริมาณที่น้อยมากๆ สามารถทำให้ประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงลดลงอย่างชัดเจน ในงานวิจัยนี้ใช้โลหะผสมแพลทินัมสองและสามชนิดบนตัวรองรับคาร์บอนไจแกนติก โลหะที่ใช้คือ รูทิเนียม พาลลาเดียม ดีบุก และโมลิปดีนัม ซึ่งเตรียมโดยวิธีเตรียมแบบฝังโดยตรง และปรับปรุงคุณภาพตัวเร่งด้วยการเผาในบรรยากาศเฉื่อยที่อุณหภูมิ 350 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง และรีดิวส์ด้วยแก๊สไฮโดรเจนที่ 400 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 2 ชั่วโมง ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมตรวจสอบสมบัติและโครงสร้างด้วย TPR การดูดซับทางเคมีของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนนอกไซด์ ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบทรานสมิสชันและเอ๊กซเรย์ดิฟแฟรกชั่น หน่วยเยื่อแผ่นและอิเล็กโทรดเตรียมโดยวิธี กดอัดด้วยความร้อนโดยใช้โลหะตัวเร่งปฏิกิริยา 1 มิลลิกรัมต่อตารางเซนติเมตร เซลล์เชื้อเพลิงทำงานที่ 60 องศาเซลเซียส โดยใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่มีคาร์บอนมอนนอกไซด์ 20 ส่วนในล้านส่วน เพื่อทดสอบความทนทานคาร์บอนมอนอกไซด์ พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลทินัมแบบสามชนิด ให้ผลดีกว่าสองชนิดและดีกว่าแพลทินัม โดยขั้นตอนการปรับปรุงสมบัติและสัดส่วนของโลหะผสม มีผลต่อความสามารถในการทนทานคาร์บอนมอนอกไซด์ในเซลล์เชื้อเพลิง และตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสม PtRuSn/C และ PtRuMo/C ในอัตราส่วน 1:1:0.22 โดยอะตอมให้ผลความทนทานแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ดีที่สุดในงานวิจัยนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมชนิดและสัดส่วนอื่นๆ