ผลของชั้นแพร่แก๊สต่อตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมที่เตรียมโดยการพอกพูนด้วยไฟฟ้าสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

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