_ Pile de combustie: oxidare procesele de acid fosforic dezvăluite de razele X sensibile

Interacțiunile dintre acidul fosforic și catalizatorul de platină în pilele de combustie PEM la temperatură înaltă sunt mai complexe decât se presupunea anterior. Experimentele de la BESSY II cu raze X sensibile au decodificat procesele multiple de oxidare la interfața platină-electrolit. Rezultatele indică faptul că variațiile de umiditate pot influența unele dintre aceste procese pentru a crește durata de viață și eficiența pilelor de combustie.

Lucrarea este publicată în Journal of the American Chemical Society.

p> Pilele de combustibil cu hidrogen convertesc energia chimică din hidrogen în energie electrică prin reacții separate ale combustibililor cu hidrogen și agenților oxidanți (oxigen). Printre pilele de combustibil cu hidrogen, pilele de combustibil cu membrană cu electrolit polimeric de temperatură înaltă (HT-PEMFC) sunt atractive pentru sursele de electricitate micro-staționare. Un dezavantaj al acestor HT-PEMFC este că conductorul de protoni acid fosforic (H3PO4) se scurge din membrana polibenzimidazol dopată cu H3PO4 și otrăvește catalizatorul de platină.

Studii recente arată complicații suplimentare în timpul funcționării HT. -PEMFC, unde o parte din H3PO4 ar putea fi redusă la H3PO3, ceea ce poate otrăvi și mai mult catalizatorii de platină, ducând la o pierdere semnificativă a performanței.

Un studiu anterior al echipei Prof. Dr. Marcus Bär a arătat că contrariul procesele au loc, de asemenea, la interfața dintre Pt și H3PO3 apos și că interacțiunile dintre catalizatorul de platină și H3PO3/H3PO4 sunt foarte complexe: în timp ce H3PO3 poate duce la otrăvirea catalizatorului de platină, în același timp, platina ar putea cataliza oxidarea H3PO3 înapoi la H3PO4.

Pentru a investiga comportamentul de oxidare al H3PO3 apos în condiții apropiate de condițiile de lucru ale HT-PEMFC, echipa lui Bär a analizat acum procesele chimice utilizând o celulă electrochimică încălzită, proiectată în interior, compatibilă. pentru studii cu raze X in situ la stația terminală OÆSE recent înființată în Laboratorul in situ de materiale energetice din Berlin (EMIL).

Au folosit lumină intensă cu raze X în raze X sensibile. intervalul de energie (2 keV–5 keV), furnizat de linia fasciculului EMIL la sursa de raze X BESSY II. În acest interval de energie, spectroscopia structurii aproape de margine cu absorbție de raze X (XANES) la marginea P K este utilizată pentru a monitoriza procesele de oxidare de la H3PO3 la H3PO4.

„Am descoperit astfel diferite procese pentru aceasta. reacție de oxidare, incluzând oxidarea chimică catalizată de platină, oxidarea electrochimică sub polarizarea potențialului pozitiv la electrodul de platină și oxidarea promovată de căldură. Aceste rezultate spectroscopice in situ sunt confirmate și de cromatografie cu schimb de ioni și caracterizări electrochimice in situ", explică Enggar Wibowo. , primul autor al studiului și doctorat. candidat în echipa lui Bär.

„În mod remarcabil, toate aceste căi de oxidare implică reacții cu apa, ceea ce arată că umiditatea din interiorul celulei de combustie are o influență semnificativă asupra acestor procese.”

În plus, rezultatele indică, de asemenea, posibile îmbunătățiri ale condițiilor de funcționare ale celulelor de combustibil HT-PEM, de ex. prin controlul umidificării pentru a oxida H3PO3 înapoi la H3PO4.

„Ajustările corespunzătoare ale condițiilor de funcționare ale HT-PEMFC ar putea fi implementate pentru a preveni intoxicația catalizatorului cu H3PO3 și pentru a spori eficiența acelor pile de combustibil”, subliniază Wibowo. out.

„Lucrarea clarifică o cale cheie de degradare a celulelor de combustie și reprezintă o contribuție pe drumul către o aprovizionare cu energie pe bază de H2”, spune Prof. Dr.-Ing. Marcus Bär. „Demonstrează, de asemenea, marele beneficiu al razelor X sensibile și așteptăm cu nerăbdare BESSY III, care își propune să îndepărteze decalajul sensibil al razelor X.”

(Fluierul)