PdAu-nanodeeltjeskatalysatoren op damp-v gegroeide koolstofnanovezels: Prestaties in passieve directe glycerol-brandstofcellen

Samenvatting

De doelstelling van deze studie was om Pd₁Au₁ ondersteund door damp-v gegroeide koolstofnanovezels (VGCNF) anode-katalysator, bereid via de chemische reductiemethode, te synthetiseren, te karakteriseren en de katalytische activiteit te observeren. De vorming van eentonige verbindingen werd bevestigd door röntgendiffractie (XRD) en Rietveld-verfijningsanalyse, die enkele pieken toonden die corresponderen met het (111) vlak van de kubieke kristalstructuur. Verdere analyse werd uitgevoerd door veldemissie-scannende elektronenmicroscopie (FESEM), energie-dispersieve röntgenanalyse (EDX), stikstofadsorptie/desorptie-metingen en röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS). De electrochemische prestaties werden onderzocht door cyclische voltammetrie-tests. De aanwezigheid van mesoporeuze VGCNF als ondersteuning maakt het gebruik van een relatief kleine hoeveelheid metaalkatalysator mogelijk die nog steeds een uitstekende stroomdichtheid produceert (66,33 mA cm⁻²). Verder suggereert de beoordeling van de kinetische activiteit van de nanokatalysator met behulp van de Tafel-plot dat Pd₁Au₁/VGCNF een sterk electrokatalytisch effect uitoefent in glycerol-oxidatiereacties. De ingenieursuitdagingen zijn duidelijk uit het feit dat de toepassing van de zelfgemaakte anode-katalysator op de passieve directe glycerol-brandstofcel een vermogensdichtheid van slechts 3,9 mW cm⁻² toont. Om de lage prestaties te begrijpen, werd FESEM-observatie van de membraan-elektrode-assemblage (MEA) uitgevoerd, waarbij verschillende morfologische defecten worden onderzocht die een cruciale rol spelen en de prestaties van de directe glycerol-brandstofcel beïnvloeden.

Inleiding

Glycerol kan de vraag overschrijden omdat het ontstaat als bijproduct van biodieselproductie. Echter, de goede eigenschappen van glycerol—hoge energiedichtheid met drie hydroxylgroepen, niet-toxisch en niet-ontvlambaar—maken het een waardige chemische stof die kan worden omgezet in waardevolle producten. Na voorbehandeling, bijvoorbeeld met behulp van electrodialyse, kan glycerol als brandstof worden toegepast in brandstofcellen. Brandstofcellen zijn onder de meest efficiënte manieren om energie te winnen uit glycerol-oxidatie met diverse typen anode-materialen en katalysatoren.

Palladium begon in 2010 aandacht te trekken onder onderzoekers wereldwijde toen Richard Heck, Ei-ichi Negishi en Akira Suzuki de Nobelprijs ontvingen voor hun succes in de ontdekking en ontwikkeling van palladium-gekatalyseerde koolstof-koolstof bindingvorming. Hun studie had een significante impact op het gebied van katalyse. Verder werd het een inspiratiebron voor onderzoekers om palladiummetaalkatalysatoren toe te passen in diverse gebieden varierend van industriële materialen en farmaceutica tot energieopwekking via brandstofcellen. Palladium is een van de metalen in de platina-groep. De vergelijkbare chemische eigenschappen met platina maken palladium een zeer geschikte vervanger voor de duurdere platina. Palladium heeft een unieke elektronische configuratie met de 4d¹⁰5s⁰ grondtoestand elektronische configuratie, wat het de enige overgangsmetaal maakt dat een gevulde d-orbitaal combineert met een lege front-s-orbitaal. De unieke eigenschappen van palladium wijzen op de capaciteit van palladium om de oxidatie van olefine te katalyseren.

Echter, wanneer alleen als katalysator gebruikt, toont palladium (Pd) een gebrek aan stabiliteit, evenals hoge deactiverings- en verslechteringssnelheden. Veel studies hebben getoond dat een mengsel of combinatie van Pd en Au metalen in diverse toepassingen kan worden gebruikt. De toevoeging van Au aan Pd wordt verondersteld de katalytische activiteit, stabiliteit en selectiviteit aanzienlijk te verbeteren, evenals weerstand tegen vergiftiging te bieden. Au heeft een hogere elektronegativiteit, en dus wordt de lading van Pd naar Au overgedragen, waardoor Au fungeert als promotor die de rol speelt van het isoleren van de Pd-monomeerplaats, waardoor de adsorptie van CO wordt voorkomen door de reactiemechanisme op een ander pad te promoten. Verder leidt het legeren van deze twee metalen tot de winst van s- en p-elektronen en verlies van d-elektronen voor Au, terwijl Pd s- en p-elektronen verliest maar d-elektronen wint. Het d-karakter is veel belangrijker dan s-, p-karakter voor overgangsmetalen zoals Pd en Au, wat de vorming van chemisorptiebindingen toestaat en de katalytische eigenschappen verbetert.

De electrokatalytische activiteit van de bimetallische Pd-structuur is beter dan die van de monometallische structuur, waarin de aanwezigheid van oxofiele metalen een neiging creëert om oxiden te vormen door hydrolyse of abstractie van zuurstof, vaak van organische verbindingen die helpen bij glycerol-oxidatie. Verwijzend naar de bifunctionele theorie van electrokatalyse, vereist de electro-oxidatie van primaire alcohol (bijv. methanol, ethanol en glycerol) tot CO₂ en R-COOH (of CO₃^2- en R-COO⁻ in alkalisch medium) de activatie van H₂O onder OH-geadsorbeerde soorten (OHads) aan het katalysatoroppervlak. Dit zal het extra zuurstofatoom verschaffen en helpen bij de complete alcohol-oxidatiereactie, volgens de volgende chemische reactie die optreedt in alkalisch elektrolyt...

Palladiumlegeringen kunnen verwerkt worden om hardheid en sterkte te verbeteren zonder schade aan de corrosieweerstand van andere metalen. Pd–Au bimetallische katalysator is een goede koppeling en diepgaand actieve nanopartikelskatalysator. Yan et al. en Hu et al. observeren dat Pd-nanopartikelen een hoog actieve katalysator zijn, maar niet stabiel, en de katalytische activiteit daalt door ontbinding van PdO. Zhang et al. voerden een andere interessante studie uit over de incorporatie van Pd in carbide, wat resulteerde in een piekstroomwaarde voor Pd/Mo₂C van 1000 mA mg⁻¹, een waarde die twee keer groter is dan die van Pd/C (498 mA mg⁻¹); dit resultaat onthult dat legeringskatalysator een stabiele en goede vergiftigingsweerstand biedt voor de oxidatie van glycerol in alkalische media. Ferreira et al. voerden ook een studie uit over pH-factoren in de electro-oxidatie van glycerol op palladium-rhodium elektrodeposits in alkalische media. Auteurs toonden aan dat palladium-rhodium oppervlakken geschikte katalytische activiteit vertonen voor de electro-oxidatie van glycerol en stelden voor dat de aanwezigheid van rhodium helpt de lage capaciteit van palladium om C-C-bindingen in sterk alkalische media te breken. Rezaei et al. rapporteerden dat Pd/Cu/nanoporeuze roestvrij staalelektroden voor de oxidatie van glycerol in de aanwezigheid van Cu resulteerden in verbeterde electrokatalytische activiteit en stabiliteit van de poreuze Pd-film voor glycerol-oxidatiereacties. Een andere interessante studie door Geraldes et al. toonde aan dat de combinatie van drie metalen PdAuSn/C-katalysatoren niet alleen de dissociatieve activiteit van glycolmoleculen tijdens het oxidatieproces bevorderde, maar ook resulteerde in hogere duurzaamheid, stabiliteit en vermogensdichtheid.

Echter, er is een lopende discussie over de beste strategieën voor het verminderen van het gebruik van metaalkatalysator. In de huidige studie is een koolstofmateriaal, namelijk de damp-v gegroeide koolstofnanovezel (VGCNF), geïntroduceerd als katalysatorondersteuning om de PdAu-belasting te minimaliseren voor de electro-oxidatie van glycerol in brandstofceltoepassingen. Ondanks een groeiende hoeveelheid onderzoek op het gebied van de PdAu-legering, zijn er geen studies uitgevoerd voor het gebruik van VGCNF als katalysatorondersteuning. VGCNF is gebruikt als katalysatorondersteuning vanwege zijn diverse kenmerken van hoog-grafitische koolstof met uitstekende thermische en elektrische geleidbaarheden. Daarnaast kan VGCNF in grote hoeveelheden tegen een betaalbare prijs worden gevonden. Het primaire doel van dit papier is om Pd₁Au₁/VGCNF te synthetiseren en te karakteriseren om bij te dragen aan dit groeiende onderzoeksgebied door de benutting van deze zelfgemaakte katalysator in de directe glycerol-brandstofcel (DGFC) te verkennen.

Katalysatoren werden gesynthetiseerd en vervolgens toegepast op de passieve directe glycerol-brandstofcel (DGFC). Katalysatoren in de elektroden van de DGFC vervullen een cruciale functie in reacties die worden gebruikt om elektriciteit te genereren door de omzetting van chemische brandstof naar elektrische energie. De toepassing van Pd₁Au₁/VGCNF in passieve DGFC om laag-vermogen mobiele elektronische apparaten aan te drijven is nooit eerder bestudeerd. De passieve modus in DGFC betekent dat brandstof wordt geleverd vanuit het reservoir naar het anode-compartiment zonder brandstofpomp, terwijl aan de kathode-zijde zuurstof passief diffuseert uit de omringende lucht. De DGFC werkt in de passieve modus, en er zijn geen hulpparaten die voor operationele doeleinden worden gebruikt. De glycerol-stroomsnelheden zijn moeilijk te controleren, en de intermediaire soorten tijdens glycerol-oxidatie beperken de activiteit van de katalysator en bijdragen aan de katalysatorafname, wat leidt tot lagere prestaties van een passieve DMFC vergeleken met een actieve DMFC.

Veel uitdagingen moeten aangepakt worden voor de commercialisatie van passieve brandstofcellen. In veel studies presteerde de gesynthetiseerde katalysator goed in de half-cel test via cyclische voltammetrie. Echter, de daaropvolgende toepassingen van de katalysator in passieve brandstofcellen toonden geen veelbelovende vermogensdichtheid. Daarom zal deze studie ook grondig verschillende factoren bespreken zoals de structurele katalysatorlaag, MEA-fabrikageproblemen en AEM-stabiliteit die bijdragen aan de lage prestaties van de brandstofcel.

Materialen en methoden

Chemicaliën

Alle precursor metaalzouten en chemische reagentia zoals goud(III)chloride trihydraat (HAuCl₄·3H₂O), palladiumchloride (PdCl₂), trisodiumcitraat (Na₃Ct), natriumborohydride (NaBH₄), damp-v gegroeide koolstofnanovezel (VGCNF), natriumhydroxide, glycerine, 2-propanol en 5 wt% Nafion-oplossing werden gekocht bij Sigma-Aldrich (VS).

Instrumentatie

Voor de fysieke analyses van elektrokatalysatoren werden technieken zoals röntgendiffractie (XRD), veldemissie-scannende elektronenmicroscopie (FESEM), energie-dispersieve röntgen (EDX) spectroscopie en oppervlakteanalyse door BET gebruikt om de elektrokatalysatorstructuur, morfologie, elementaire samenstelling, kristallijngrootte en porositeit van het monster te onderzoeken. XRD wordt gebruikt voor fase-identificatie in kristallijne materialen. Het in dit werk gebruikte instrument is een Bruker D8 Advance diffractometer uitgerust met een Cu Ka-bron (λ= 1,54056 Å). De diffractogrammen werden geregistreerd bij 2θ in het bereik 20 tot 90°, met een stapgrootte van 0,05 en scantijd van 2 s per stap. De Scherrer-vergelijking wordt gebruikt om de grootte van de kristaldeeltjes in het poeder te bepalen als volgt: β = Kλ/(L cos θ), waarbij λ de röntgengolflengte is, θ de Bragg-reflectiehoek, en K=2√(ln2/π) de constante is. Verder werd Rietveld-verfijningsanalyse van röntgenpoederdiffractiegegevens uitgevoerd met behulp van de PANalytical X'Pert HighScore software. In de Rietveld-analyse werden de experimentele profielen gefit met de meest geschikte pseudo-Voigt analytische functie. De minimalisatie van het verschil tussen de waargenomen en gesimuleerde poederdiffractiepatronen werd uitgevoerd met behulp van de betrouwbaarheidsindexparameter zoals de residuen R_wp voor het gewogen residupatroon, R_exp voor de evaluatie van de datakwaliteit of de verwachte fout, en goodness of fit (GOF) wat de kwaliteit van de data samenvat door R_wp te vergelijken met R_exp. De waarde van GOF gelijk aan 1 of onder 4 betekent dat het model zo goed mogelijk is. De nauwkeurigheid en kwaliteit van de fit van de berekende tot de experimentele diffractiegegevens kan worden bepaald door al deze parameters en worden gegeven door de volgende vergelijkingen...

De topografische en elementaire informatie van de genanostructureerde katalysator werden verkregen met behulp van een Gemini SEM 500 veldemissie-scannende elektronenmicroscoop uitgerust met een energie-dispersieve röntgenspectrometer die driedimensionale afbeeldingen en informatie over de elementaire samenstelling van het monster onder analyse kan leveren. Stikstofadsorptie/desorptie-isothermen werden gebruikt om de oppervlakte-eigenschappen van de gesynthetiseerde poederkatalysator Pd₁Au₁/VGCNF te evalueren, zoals Brunauer-Emmett-Teller (BET) oppervlakte. Terwijl de poriën-grootteverdeling werd berekend uit de adsorptietakken van de isothermen (voor P/P0 > 0,35) met behulp van de Barret-Joiner-Halenda (BJH) methode.

Katalysatorsynthese

De benadering die gebruikt werd om de elektrokatalysator in deze studie te synthetiseren, is gebaseerd op de chemische reductiemethode. Dit is de eenvoudigste methode die de vorming van de Pd₁Au₁ bimetallische legering toegestaan ondersteund met damp-v gegroeide koolstofnanovezel (VGCNF). De elektrokatalysatorsynthese startte met 2 ml PdCl₂ (0,05 M) gemengd met 7 ml goud(III)chloride trihydraat (HAuCl₄·3H₂O) (0,012 M). De gemengde oplossing werd druppelgewijs toegevoegd aan een hoeveelheid trisodiumcitraat (0,5 M). Trisodiumcitraat fungeert als stabiliserend middel om de aggregatie van de nanopartikelen te controleren door de oppervlaktespanning tussen de vaste deeltjes en het oplosmiddel te verlagen. Vervolgens werd de bovengenoemde gemengde oplossing druppelgewijs toegevoegd aan het geroerde VGCNF-slurry (isopropanol + DI water) en 3 u geroerd. De reductie van de metaalprecursors werd uitgevoerd met een overmaat aan frais bereide ijs-koude (0,5 M) natriumborohydride (NaBH₄), en de oplossing werd overnachten geroerd. Een langere reactietijd zal natriumborohydride met zijn sterke reducerende vermogens toestaan om te reageren met de producten. De molaire verhouding van NaBH₄ tot metaalionen is 5 tot 15, wat een betere katalysatordispersie en oppervlaktesamenstelling van de Pd₁Au₁ bimetallische legeringsnanopartikelen oplevert. De oplossing werd onder magnetisch roeren overnachten gehouden, gefiltreerd en meerdere keren gewassen met DI water om het oplosmiddel volledig te verwijderen, en gedroogd bij 80 °C gedurende 10 u.

Elektrochemische analyse

Cyclische voltammetrie-experimenten werden uitgevoerd voor de elektrochemische analyse van de elektrokatalysator. De cyclische voltammetrie-metingen werden uitgevoerd met een Autolab (PGSTAT101) elektrochemische werkstation bij kamertemperatuur. De katalysatorinkt werd bereid door 5 mg elektrokatalysator op te lossen in een mengsel van 150 μl gedemineraliseerd water, 150 μl isopropylalcohol en 50 μl 5 wt% Nafion®. Om ervoor te zorgen dat het mengsel goed gemengd is, onderging het monster 30 min ultrasonificatie. Het 2,5 μl aliquot van de elektrokatalysatorinkt werd op de glazen koolstofelektrode gedeponeerd door gebruik te maken van een micropipet en werd daarna gelaten drogen bij kamertemperatuur. De referentielektrode was Ag/AgCl (in 3 M KCl⁻¹), en de tegenelektrode was Pt. De elektrochemische karakterisatie van de elektrokatalysatoren werd uitgevoerd door een cyclische voltammetrie (CV) test in het potentiaalbereik van −0,7 V tot 0,4 V en bij een scansnelheid van 50 mV s⁻¹ in een 0,5 M glycerol + 0,5 M NaOH oplossing. Beide oplossingen werden gedesoxideerd door 30 min te bubbelen met N₂ bij 200 ml min⁻¹ vóór het uitvoeren van enige meting voor de glycerol-oxidatiereactie.

Elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS)

EIS van de lopende FC werd uitgevoerd met een frequentieresponsanalysator (FRA) Solartron 1260, direct aangesloten op de elektronische belasting (RBL488-50-150-800). EIS werd uitgevoerd in galvanostatische modus met een AC-signaal van amplitude 200 mA. Impedantiespectra werden verzameld door frequenties te zwiepen tussen 100 kHz en 0,005 Hz. De amplitude van het sinusoïdale potentiaalsignaal was 10 mV. Elke scan bevatte ongeveer 100 datapunten. Vijf volledige spectra voor elke stroomdichtheidswaarde werden verkregen, en het impedantiespectrum dat uiteindelijk in de discussie werd gebruikt, was het resultaat van een gemiddelingsprocedure.

Bereiding van natrium-gedopte anionuitwisselingsmembraan

De behandeling van de anionuitwisselingsmembraan (AEM) werd uitgevoerd door de AEM 1 uur te dompelen in een 1,0 M natriumhydroxide waterige oplossing. Dit proces werd drie keer herhaald, met vervanging van de NaOH-oplossing door een verse NaOH-oplossing om een overmaat van de gewenste ion te verkrijgen.

Membraan-elektrode-assemblage

De membraan-elektrode-assemblage (MEA) had een actief oppervlak van 2,0 × 2,0 cm en bestond uit twee eenzijdige elektroden en een anionuitwisselingsmembraan. Een Electrochem, Inc. koolstofdoek (CC-060) werd gebruikt als substraten (DLs) van de brandstofcelektroden. Dit is voornamelijk vanwege zijn hoge porositeit en goede elektrische geleidbaarheid. Microporeuze lagen bestaande uit Vulcan XC72 koolstofpoeder werden gemengd met een hydrofoob middel (20 wt% PTFE) in suspensie in isopropanol en zorgvuldig gegoten op een koolstofdoek om een gasdiffusielaag te vormen om de belasting van 3,5–4 mg cm⁻² te verkrijgen. Na drogen werd P₁Au₁/VGCNF katalysatorinkt gemengd met 15 wt% PTFE in isopropanol op de GDL gedeponeerd om de anode-elektroden te verkrijgen. Tegenovergesteld dienden Pt/C als kathode-elektrodenkatalysator met een ionomeroplossing (Fumatech Fumion® FAA-3 ionomer) 5 wt% in isopropanol. De katalysatorbelasting in de anode en kathode was 1,0 mg cm⁻². Uiteindelijk werd de MEA gevormd door het membraan tussen de twee elektroden in te sluiten via warm persen bij een druk van 280 kg/cm² en temperatuur van 100 °C gedurende 3 min.

Prestatie-evaluatie van passieve alkalische DGFC

De prestaties van de MEA werden geëvalueerd door I-V-krommemetingen met behulp van een zelfgemaakte enkele cel met Autolab (PGSTAT101). Het reservoir met een volume van 8 ml werd bevestigd aan de ene kant van de anode-eindplaat. Brandstoftoevoer of injectie werd gedaan door drie kleine gaten aan de bovenzijde van de anode-platen. De cel werd horizontaal gemonteerd met de anode-zijde bovenaan en de kathode naar beneden gericht naar de omringende lucht. Roestvrij staal, dat een zeer goede geleidbaarheid heeft, werd toegepast als koolstofverzamelaar. De voorbereide MEA's werden tussen de twee koolstofverzamelaars geplaatst. Beide elektroden hebben een geometrisch oppervlak van 4 cm². Uiteindelijk werden acht roestvrij staal moer-en-boutparen ingezet om alle componenten samen te houden om een enkele cel te vormen. Elke meting werd gestart na de celactivering voor 2 uur. De celspanning werd geregistreerd na het instellen van de stroom voor 3 min om de spanning te stabiliseren. De passieve DMFC werd bij omgevingstemperatuur bediend.

Resultaten en discussie

Elektrokatalysator fysieke karakterisatie

De röntgendiffractiepatronen voor de drie gesynthetiseerde elektrokatalysatormonsters, namelijk Au/VGCNF, Pd/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF, worden getoond in Fig. 1, terwijl de analysegegevens samengesteld zijn in Tabel 1. Het röntgendiffractiepatroon van de elektrokatalysatoren toont een kubieke structuur (Fm-3m ruimtegroep) zonder een tweede fase. De eerste diffractogrampiek bij 26,0° kan worden toegewezen aan grafiet-gestructureerde koolstoffen (002) van de rauwe VGCNF-diffractievlakken van hexagonale grafiet (JCPDS kaartbestand 41-1487). Elk diffractogrampatroon vertoont vier diffractiepieken die kunnen worden geïndexeerd op diffractie van het vlak (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) en (3 1 1) fcc.

Figuur 1 toont de diffractiepiep van de Au/VGCNF elektrokatalysatormonsters bij ongeveer 38,3 °C, 44,5 °C, 64,7 °C en 77,7 °C en kan worden geïndexeerd op kristallografische vlakken (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) en (3 1 1), respectievelijk, wat kan worden geclassificeerd als Fm-3m (JCPDS Nr. 65-8601, a = b = c = 0,4072 nm). Figuur 1 toont het diffractiepatroon van Pd/VGCNF elektrokatalysatormonster rond de 2θ-waarden van 40,12 °C, 46,66 °C, 68,12 °C en 82,10 °C wat overeenkomt met de volgende vlakken (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) en (3 1 1) (JCPDS Nr. 05-0681, a = b = c = 0,3889 nm). In Fig. 1, voor PdAu bimetallisch monster, lijken Pd en Au een enkele diffractiepiep te delen wat aangeeft dat homogene legeringsvorming heeft plaatsgevonden.

Typische PdAu-nanopartikelen ondersteund op VGCNF werden in essentie geproduceerd door de co-reductie van de metaalprecursors (nl. AuCl₄⁻ en PdCl₄²⁻) in de aanwezigheid van natriumborohydride als reductiemiddel. Figuur 2a–c toont de typische TEM-afbeelding van de Au/VGCNF, Pd/VGCNF en PdAu/VGCNF elektrokatalysatoren. Het kan worden gezien dat Au, Pd en PdAu nanopartikelmorfologie een matige mate van agglomeratiegedrag vertonen met homogene verdeling op VGCNF. De kristalstructuurpatroon werd geanalyseerd door geselecteerde gebied elektronen diffractie (SAED) analyse (ingevoegd in Fig. 2a–c) en geeft aan dat Au/VGCNF, Pd/VGCNF en PdAu/VGCNF typisch fcc polykristallijne structuur zijn. De hoge-resolutie TEM (HRTEM) afbeelding waargenomen in Fig. 2d, e geeft een afstand van 0,24 nm en 0,22 nm aan wat overeenkomt met de interplanatafstand van het (111) vlak voor Au en Pd, respectievelijk. Figuur 2f onthuld de d-spacing waarden van de roosterfranjes bepaald uit de gemarkeerde gebieden zijn 0,230 nm, corresponderend met de (111) vlakken van de kubisch vlakgecentreerde (fcc) PdAu legering.

De BET-oppervlakte- en porositeitsanalyse zijn effectieve hulpmiddelen voor de evaluatie van de capaciteit van Au/VGCNF, Pd/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF om te fungeren als adsorberend middel. BET onthulde de hoeveelheid geadsorbeerd materiaal (adsorbate) en de adsorptiegraad op het adsorbentoppervlak op het vaste (de adsorbens). De BET-oppervlakte van de Au/VGCNF, Pd/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF monster werd geanalyseerd met behulp van stikstofadsorptie/desorptie-isothermen zoals getoond in Fig. 3a. De isothermcurve reflecteert de isothermvorm en zal een kwalitatieve beoordeling van de porositeit van de materialen leveren. In deze studie geeft de waargenomen isothermvorm aan dat Au/VGCNF, Pd/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF worden gevonden als type IV (gebaseerd op IUPAC-classificatie) en tonen steile hellingen in het relatieve drukbereik van 0,83–0,99 P/P₀, wat kenmerkend is voor het bestaan van een mesoporeus materiaal. Materialen met mesoporeuze structuren tonen goede morfologische stabiliteit en actieve katalysatoren door een verhoogd adsorptievolume, waardoor de katalytische activiteit wordt verbeterd.

Oppervlakte, poriëvolume en poriëdiameterwaarde van de elektrokatalysator worden gepresenteerd in Tabel 1. Uit de tabel blijkt dat VGCNF een oppervlakte heeft van 30,56 m²/g, het poriëvolume van 0,415 cm³/g en de poriëdiameter van 7,0 nm. De aanwezigheid van metaalkatalysatoren (Au, Pd en PdAu) boven de katalysatorondersteuning werd gevonden om oppervlakte, poriëvolume en poriëdiameter te verlagen. Dit is te wijten aan de katalysatormetaal die is verspreid en het oppervlak van de katalysatorondersteuning ontmoet. Zelfs na de katalysatormetaal op VGCNF is verspreid, geeft de H1-type hysteresislus (P/Po 0,83–0,99) aan dat de mesoporeuze structuur van het materiaal ongewijzigd is. Het kan worden geconcludeerd dat de katalysatormetaal goed is verspreid op het oppervlak van VGCNF en in lijn met de TEM-afbeelding die aangeeft dat de katalysatormetaal uniform is verspreid op het oppervlak van de katalysatorondersteuning.

Zoals te zien is uit de BJH poriën-grootteverdeling van Au/VGCNF, Pd/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF gepresenteerd in Fig. 3a, toont het een smalle poriëdiameter of poriëdiameter rond 4 nm (poriënstraal), terwijl het poriën-groottebereik waargenomen in alle katalysatoren zich bevindt tussen 2 en 5 nm, wat het materiaal een uniek adsorberend medium maakt. De Au/VGCNF, Pd/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF elektrokatalysatoren hebben een klein poriëvolume vergeleken met VGCNF, omdat een deel van de poreuze ruimte binnen het ondersteuningsmedium geblokkeerd is met metaalkatalysatornanopartikelen of andere chemische reacties tijdens het proces van nanopartikeldecoratie en daardoor resulteert in de daling van het poriëvolume. Echter, de gerapporteerde BET-oppervlakte verwijst niet naar de gehele elektrokatalytische oppervlakte. Daarom moet de elektrochemische analyse in detail worden uitgevoerd om de actieve oppervlakte te verkrijgen.

XPS-analyse werd uitgevoerd om C 1s, Pd 3d en Au 4f in Au/VGCNF, Pd/VGCNF en PdAu/VGCNF elektrokatalysatormonsters te onderzoeken. De hoge-resolutie piekspectra van de C 1s piek worden getoond in Fig. 4a; vier componenten, namelijk 284,6 eV (C-C), 285,4 eV (C-O-C), 286,6 eV (C-OH) en 287,8 eV (C=O), konden worden waargenomen wat de chemische structuur van VGCNF in de elektrokatalysatormonsters bepaalt. XPS werd gebruikt om de chemische, elektronische toestand en oppervlaktesamenstelling van de Au/VGCNF, Pd/VGCNF en PdAu/VGCNF te karakteriseren. Tabel 2 toont het gewichtspercentage en bindingsenergie voor Pd/VGCNF, Au/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF. Figuur 4b toont de regionale Au 4f spectra van de Au/C en PdAu/C. In het Au 4f spectrum van de Au/VGCNF, bevatten dubbele pieken een laag-energieband (Au 4f_7/2) en hoog-energieband (Au 4f_5/2) bij 84,1 en 87,7 eV, wat de reductie van AuCl₄²⁻ tot Au⁰ bevestigt. In Fig. 4c voor Pd/VGCNF, is de piek gelegen op 335,4 (Pd 3d_5/2) en 340,7 eV (Pd 3d_3/2) toegeschreven aan Pd 3d wat de reductie van PdCl₄²⁻ tot Pd⁰ bevestigt. Tussenzeitig, voor bimetallische PdAu/VGCNF, kan worden waargenomen dat zowel de bindingsenergie van Au 4f als Pd 3d licht afwijken naar een lagere hoek vergeleken met Au/VGCNF en Pd/VGCNF. De verschuiving van de bindingsenergieën biedt sterke rechtvaardiging van de elektronenoverdracht van Pd naar Au, wat mogelijk gerelateerd kan zijn aan de gestoorde elektronische interactie tussen Pd en Au atoomaire baan en verder de vorming van de legeringnanostructuren verifiëren. De hoeveelheid Pd en Au kan worden bepaald door de piekintensiteiten en toont aan dat de Pd naar Au verhouding 79:21 is, wat veel hoger is dan de berekende waarde (50:50). Dit betekent dat Pd-atomen verrijkt waren in het uiterste deel van het katalysatoroppervlak. Dit treedt op vanwege het verschil in de reductiesnelheden van Au(III) en Pd(II). Het kan worden aangenomen dat Au-kernen eerst gevormd, gevolgd door de toevoeging van Pd-atomen op de kernen, en leidend tot de vorming van legeringsnanostructuren met Pd-verrijkte oppervlakken. Deze waarneming bevestigt het bestaan van metallische Pd en Au in het uiterste oppervlak van de Pd₁Au₁/VGCNF nanokatalysatormonster.

Elektrochemische analyse voor glycerol-oxidatie in basische oplossing

De CV-scan van de katalysator werd uitgevoerd na de katalysatorbelasting op de glazen koolstofelektrode voor ongeveer 24 u. De belastingstijd beïnvloedt indirect de stroomdichtheid en piekpotentiaal (Ep). Naarmate de belastingstijd toeneemt, is meer tijd vereist voor de totale hoeveelheid waterstof die geëvolueerd is uit het monster. De stroomdichtheid neemt enorm toe vanaf het onset-potentiaal gerelateerd aan waterstofdesorptie. De typische cyclische voltammetrie-kromme in basische oplossing wordt over het algemeen gebruikt voor de bepaling van waterstof- en zuurstofadsorptie op Pd/VGCNF, Au/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF in 0,5 M NaOH-oplossing zoals afgebeeld in Fig. 5. Regio A in het potentiaalbereik van −0,8 tot −0,5 V kan uitsluitend worden toegewezen aan adsorptie en desorptie van de H⁺-ion op het elektrokatalysatoroppervlak. Echter, de adsorptie- en desorptiepieken kunnen niet duidelijk worden onderscheiden. Dit wordt mogelijk veroorzaakt door het blokkeren van bepaalde elektrokatalysatoractieve plaatsen bij de incorporatie van het tweede metaal. In regio B, in het intermediaire potentiaal tussen −0,4 V en −0,2 V, gedraagt de katalysator zich als een ideaal polariseerbare katalysator (dubbele-laag regio) waar het oppervlak vrij-geadsorbeerde H⁺ en OH⁻ heeft. Tussenzeitig vindt de vorming van oxiden plaats in de voorwaartse scan bij het hogere potentiaal meer dan −0,2 V tussen 0,1 en 0,3 V. De oxidereductiepiek bij −0,34 V wordt ook waargenomen tijdens de omgekeerde scan in regio C. Tegenovergesteld toont de Au/VGCNF elektrokatalysator een iets andere voltammetrie-standaardkromme, waar regio A de grote capacitieve stroom is geassocieerd met de dubbele-laag regio en een typisch elektrochemisch gedrag van de Au-katalysator is, gevolgd door gebied B waar de absorptie van hydroxyl OH⁻ soorten en oxidevorming is bij hoger potentiaal boven −0,2 V vs Ag/AgCl, terwijl gebied C wordt waargenomen als een reductieregio van Au-oxiden.

Figuur 6 toont de anodische piekstroomdichtheid voor Au/VGCNF, Pd/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF elektrokatalysatoren voor de oxidatie van glycerol in alkalisch medium. De prestaties in de cyclische voltammetriekromme van de voorbereide elektrokatalysatoren ten aanzien van de oxidatie van glycerol wordt gezien in termen van vier parameters: (1) onset-oxidatiepotentiaal, (2) voorwaartse anodische piekpotentiaal, (3) voorwaartse anodische piekstroom, en (4) CO-tolerantie zoals te zien in Tabel 1 worden onderzocht. De oxidatiepiek in de voorwaartse scan kan worden toegeschreven aan de oxidatie van vers chemisorbeerde soorten uit glycerol-adsorptie, en de oxidatiepiek in de negatieve scan betekent de verwijdering van koolstofhoudende soorten onvolledig geoxideerd in de voorwaartse scan. Als resultaat reflecteert de verhouding van de voorwaartse stroomdichtheidspiek (I_f) tot de achterwaartse stroomdichtheidspiek (I_b) de tolerantiecapaciteit voor koolstofhoudende residue-accumulatie. Een hoge verhouding I_f/I_b wijst op efficiënte oxidatie van glycerol tijdens de voorwaartse scan en weinig accumulatie van koolstofhoudende residuen. In termen van piekstroomdichtheid leverde Pd₁Au₁/VGCNF de beste prestaties vergeleken met Pd/VGCNF en Au/VGCNF. Daarnaast toont Pd₁Au₁/VGCNF ook het laagste onset-potentiaal (−0,75 V vs. > −0,60 voor glycerol). De slechtste resultaten werden verkregen met methanol, met name in termen van stroomdichtheid en oxidatie-overpotentiaal. Na een gedetailleerde doorname van de literatuur en schattend dat de metaalkatalysatorbelasting erg laag is (0,1 mg cm⁻²), kan men gemakkelijk beseffen dat Pd₁Au₁/VGCNF kan worden geclassificeerd onder de meest actieve elektrokatalysatoren ooit gerapporteerd voor de oxidatie van glycerol in half-cellen. De stroomdichtheid voor glycerol-oxidatie met elektrokatalysatoren Pd/C, Pt/C en Au/C is significant hoger vergeleken met Zhang et al. vanwege hogere katalysatorbelasting en temperatuurafhankelijkheid.

In Tabel 3 wordt getoond dat de bimetallische PdAu/VGCNF een hoge electrokatalytische activiteit heeft ten aanzien van de glycerol-oxidatie ten opzichte van monometallische elektrokatalysator. De aanwezigheid van een tweede metaal wat Au is leidt tot een lichte toename van de activiteit tussen 0,45 en 0,7 V versus Ag/AgCl, aangezien hogere stroomdichtheden worden bereikt. Kijkend naar CV-kromme (Fig. 6) geregistreerd bij Pd/VGCNF en Au/VGCNF elektrokatalysatoren, presenteerden beide materialen bijna hetzelfde onset-potentiaal voor de glycerol-oxidatie dicht bij −0,4 V vs Ag/AgCl. Het onset-potentiaal voor PdAu/VGCNF verschuifde naar een lagere waarde door het bifunctionele mechanisme wat de katalytische verbetering geeft. In overeenstemming met het bifunctionele mechanisme is Au een oxofiel materiaal wat zuurstof-adsorberend karakter heeft wat de chemisorbeerde soorten bevordert en helpt bij de electro-oxidatie van glycerol leidend tot de daling van het onset-potentiaal van glycerol-electro-oxidatie en verbeterde katalytische activiteit. Daarnaast onderzochten bimetallische elektrokatalysatoren PdAu/VGCNF ook uitstekende CO-tolerantie, wanneer de verhouding I_f/I_b superieur is dan andere, wat de hogere katalytische efficiëntie voor directe oxidatie tijdens de voorwaartse scan onthult.

Tafel-analyse

Figuur 7a–c toont een Tafel-plot van alle geteste elektrokatalysatoren in de reactie van de glycerol-oxidatie. Elke Tafel-plot toont twee lineaire gebieden met een toename in Tafel-helling. De Tafel-helling is een van de kinetische parameters geassocieerd met de bepaling van een reactie die op het oppervlak van de elektrode plaatsvindt. Bij lage oxidatiepotentiaal (E_v) is de Tafel-helling laag wat aangeeft dat de kinetische ladingsoverdracht snel is tijdens de reactie van de glycerol-oxidatie. Bij hogere oxidatiepotentiaal (E_v) is de waarde van de tweede Tafel-helling groter wat aangeeft dat het electrokatalytische reactiemechanisme verandert. De verandering in Tafel-helling kan worden toegeschreven aan de kinetische snelheid van de ladingsoverdracht in de reactie die afneemt door de aanwezigheid van intermediaire soorten die het oppervlak van de elektrokatalysatoren kunnen vergiftigen.

Tabel 4 geeft de waarden van de Tafel-helling verkregen op lage en hoge oxidatiepotentiaal. De Tafel-helling voor Pd₁Au₁/VGCNF elektrokatalysator is lager dan Pd/VGCNF en Au/VGCNF wat aangeeft dat de ladingsoverdrachtkinetiek op bimetallische elektrokatalysator sneller is dan enkelvoudig metaal elektrokatalysator voor de glycerol-oxidatiereactie. Eenmaal het oxidatiepotentiaal (E_v) verhoogd, neemt de Tafel-helling ook toe van laag naar hoog. Dit geeft aan dat het reactiemechanisme van de glycerol-oxidatie verandert ten opzichte van de eerste. Vergelijkbaar met het fenomeen dat optreedt in andere alcohol-oxidatie zoals methanol en ethanol, treedt de maximale massa-overdracht van glycerol op bij hoge oxidatiepotentiaal (E_v) wat de hydroxyl-adsorptie en de vorming van de oxiderlaag aan het elektrokatalysatoroppervlak maakt.

Prestaties van Au/VGCNF, Pd/VGCNF en PdAu/VGCNF in directe glycerol-brandstofcel

Elektrochemische I-V-karakterisatie

Betrouwbaarheid van een gesynthetiseerde elektrokatalysator kan over het algemeen worden gedefinieerd als de kans dat de elektrokatalysator zijn gewenste activiteit kan uitvoeren, wat in deze studie de katalyse is voor directe glycerol-brandstofceltoepassingen. Hoewel de elektrokatalysator eerder geanalyseerd werd met een half-cel en goede prestaties toonde, toont de toepassing van de elektrokatalysator in directe glycerol-brandstofcellen geen uitstekende prestaties. Figuur 8 illustreert de celpolarisatie- en vermogensdichtheidskrommen van DGFC met FAA-3 (FuMA-Tech) membraan wat de passieve DGFC enkele cel testresultaten toont voor Au/VGCNF, Pd/VGCNF en Pd₁Au₁/VGCNF. Uit de DGFC-prestatietest tonen resultaten duidelijk aan dat de OCV en vermogensdichtheid van Pd₁Au₁/VGCNF hoger zijn vergeleken met Pd/VGCNF en Au/VGCNF elektrokatalysatoren. Tabel 5 geeft de prestaties van alle elektrokatalysatoren in DGFC-toepassing in deze studie. In termen van elektrokatalysatorprijzen is de prijs voor Pd₁Au₁/VGCNF ongeveer USD 0,26/mg goedkoper dan de prijs voor zwarte Pd-commercieel wat USD 0,41/mg is.

Passieve-prestaties alkalische brandstofcel mag niet in staat zijn de prestaties van de actieve brandstofcel te evenaren. Een van de belangrijkste problemen voor de passieve alkalische brandstofcel is gerelateerd aan het vloeibare elektrolyt zoals NaOH of KOH. Dit is te wijten aan de zeer spontane reactie met de NaOH-elektrolytoplossing die erg gevoelig is voor de aanwezigheid van CO₂ uit de lucht. Het gebruik van lucht in plaats van zuurstof zal de hydroxyl-ionen blootstellen aan CO₂ in de lucht en zal leiden tot de vorming van Na₂CO₃ of K₂CO₃. De aanwezigheid van carbonaten zal indirect de hoeveelheid OH-ionenen in de anode verminderen en daardoor de ionische geleidbaarheid verminderen. Te veel carbonaat zal de poriën van de gasdiffusielaag blokkeren en kan de prestaties van de enkele cel ernstig degraderen.

Elektrochemische impedantiespectroscopie

De prestaties van de directe glycerol-brandstofcel beoordeeld door polarisatiekrommen weerspiegelt niet en geeft niet genoeg informatie over de toestand van de interne component. Daarom moet elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) samen met polarisatiekrommemetingen worden uitgevoerd om de algehele kinetische prestaties te evalueren zoals het onderscheiden van de invloeden (spanningsval veroorzaakt door ladingsoverdracht, membraan of massa-overdracht weerstand) van de verschillende processen (kinetisch, ohmisch of massa-overdracht gedomineerd) in het gehele elektronische systeem. Figuur 9a–c toont de Nyquist-plots die één typische kromme van elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) zijn voor drie verschillende typen elektrokatalysatoren. Over het algemeen is de diameter van de halvecirkelboog de ladingsoverdrachtsweerstand voor glycerol-oxidatiereacties te meten. Blijkbaar toonde de DIA in Fig. 9 de volgorde als volgt: Au/VGCNF > Pd/VGCNF > PdAu/VGCNF. Dit suggereert dat PdAu/VGCNF de grootste ladingsoverdrachtsprestaties heeft, wat consistent was met de bovenstaande uitstekende elektrochemische katalytische activiteit. Daarnaast het equivalent circuit wat gefit was aan EIS-spectra getoond in Fig. 9d waarin Rs de oplossingsweerstand vertegenwoordigt en Rct de ladingsoverdrachtsweerstand voor het proces van glycerol-elektrokatalytische oxidatie. Over het algemeen is de Rct-waarde voor PdAu/VGCNF veel kleiner vergeleken met andere elektrokatalysator wat onthult dat de elektronenoverdracht voor glycerol-oxidatie op PdAu/VGCNF veel gemakkelijker is, wat de elektrochemische activiteit van de elektrokatalysator voor glycerol-oxidatie kan verbeteren.

Aangezien er geen verschil is in de MEA en celassemblage tussen de twee cellen, kan de lagere weerstand van PdAu/VGCNF-cel worden toegeschreven aan de katalysatorlaag. In de PdAu/VGCNF-gecoate laag kan kleine katalysatordeeltjesgrootte voldoende bevochtigend water in de elektrode laten houden en de uniforme deeltjesverdeling kan het agglomeratie-effect voorkomen, wat kan leiden tot de toenemende grensweerstand. Verder kunnen de kleine deeltjes en uniforme verdeling de migratiepad van ionen verminderen, wat de verdeelde weerstand verder kan reduceren. De hoge-frequentie EIS-resultaten leveren de informatie dat in de echte brandstofceloperatie, de kleinere kathode-katalysatordeeltjesgrootte niet alleen de ORR-kinetiek zal vergemakkelijken, maar ook de prestatieverlies verminderen dat te wijten is aan de ohmische en contactweerstanden.

MEA-morfologie-analyse

In essentie kan de lage prestaties van de brandstofcel te wijten zijn aan de inherente eigenschappen van de materialen die gebruikt worden in brandstofcelconstructie, defecten in de materialen en het assemblageproces van de brandstofcel. Hieronder bespreken we de potentiële effecten die aanleiding geven tot de lagere prestaties van directe glycerol-brandstofcel.

Microporeuze laag (MPL) barsting

Om de lage prestaties van directe glycerol-brandstofcel te rechtvaardigen, werd de morfologie van sommige MEA's geëvalueerd door SEM na de prestatie-evaluatie in de brandstofcel. Figuur 10a toont de typische SEM-oppervlakteafbeelding voor de microporeuze laag (MPL) bestaande uit de koolstofzwarte laag en de katalysatorlaag. Barsten werden waargenomen op het katalysatoroppervlak. De vorming van rimpels en barsten die in de MPL optreden is waarschijnlijk te wijten aan een chemische reactie die niet kan worden gecontroleerd tijdens de operatie van de enkele cel. Deze reactie veroorzaakt waarschijnlijk dimensionele veranderingen in het polymere elektrolytmembraan zoals volume-uitrekking en krimp die optreden door hydrothermale spanningen tijdens de brandstofceloperatie. Katalysatordroogingsproces treedt onregelmatig op, wat barsten in de katalysatorlaag veroorzaakt. De brandstofcel kan nog steeds bediend worden in de aanwezigheid van katalysatorbarsting. Echter, dit degradeert indirect de brandstofcelprestaties.

Delaminatie

De SEM-afbeelding gepresenteerd in Fig. 10b toont duidelijk een duidelijke kloof tussen het membraan en de elektroden na de operatie van de directe glycerol-brandstofcel. Dit kan worden veroorzaakt door de thermische uitrekkingsmismatch tussen het membraan en elektroden die optreedt tijdens de operatie van de brandstofcel. Daarnaast kan dit ook optreden tijdens het fabricageproces van de MEA zoals te wijten aan een te hoge temperatuur gebruikt tijdens het katalysatorlaagdroogingsproces, wat damp kan vormen die vastzit en daardoor een gebied creëert waar de hechting tussen de twee lagen slecht is. Niettemin, het elektrolyt in de katalysatorinkt wordt verwacht om te fungeren als binder tijdens het laminatieproces. Echter, dit mag in de praktijk niet gebeuren omdat de handmatige katalysatorgieting rimpels op de elektrode zal leiden wat resulteert in het bestaan van leegtes tussen de lagen en daaropvolgende degradatie in de prestaties. Een andere reden voor de kloof in de interface mag het feit zijn dat mechanisch warm persen moeilijk is om een volledig intiem membraan-elektrode-interface te garanderen. Dit is een andere factor die de brandstofcelprestaties beïnvloedt. Deze toestand zal de contactweerstand verhogen en zal een langere tijd vereisen voor het proton om naar de katalysatorplaatsen te reizen en het bestaan van dode zone kan optreden wat indirect leidt tot verlies van katalysatoractiviteit.

Orientatie van katalysatorlaag

De katalysatorlaag werd gegoten door handmatige gieting. Deze methode is moeilijk te controleren en heeft het potentieel om de agglomeratie van ongedispergeerde katalysatorpoeder te veroorzaken. Figuur 10c toont de gebieden die corresponderen met de agglomeratie van nanopartikelen op de MPL-laag. Dit kan contactweerstand over de gehele MEA creëren en daardoor de porositeit of protongeleidbaarheid nadelig beïnvloeden.

AEM-stabiliteit

De anionuitwisselingsmembraan (AEM) toont enkele technologische en wetenschappelijke beperkingen. AEM lijdt onder slechte chemische stabiliteit in alkalische media voortvloeiend uit de hydroxyl-aanval op de kationische groep en resulterend in de verminderde anionische geleidbaarheid. De AEM met OH⁻-ion is minder stabiel omdat AEM gemakkelijk geconverteerd wordt naar de minder geleidende CO₃²⁻ en nog minder geleidende HCO₃⁻ vormen wanneer blootgesteld aan lucht zelfs voor korte tijd. Figuur 10d, e toont de vergelijking tussen voor en na de behandeling met alkali, wat aangeeft dat AEM het probleem van hoge zwelling met verhoogde hydratatie tegenkomt. Dit is een uitdaging in de hantering van AEM. AEM wordt gebruikt om het Nafion-membraan-degradatieprobleem op te lossen. Echter, AEM heeft de neiging om koolwaterstof- of aromatisch-gebaseerd te zijn wat leidt tot slechte oxidatiestabiliteiten.

Conclusie

De palladium-gebaseerde elektrokatalysatoren ondersteund met VGCNF werden in dit werk gesynthetiseerd en gekarakteriseerd als effectieve elektrokatalysatoren voor de electro-oxidatie in de alkalische omgeving van glycerol als hernieuwbare bronnen. De goed-gedispergeerde Au, Pd en Pd₁Au₁ geverifieerd door XRD, TEM en HTREM op VGCNF helpen om de edelmetaalbelasting te verminderen en dienden als een hoge reactiezone. De oxidatie van glycerol is primair onderzocht door een verscheidenheid aan elektrochemische technieken. De verkregen resultaten hebben de uitstekende electrokatalytische activiteit van bimetallische elektrokatalysator benadrukt wat PdAu/VGCNF is tot 74,45 mA cm⁻² gevolgd door Au/VGCNF en Pd/VGCNF. De hoge electrokatalytische activiteit van Pd₁Au₁/VGCNF kan gerelateerd zijn aan de hoge dispersie van de metaaldeeltjes en aan de intrinsieke eigenschappen van de VGCNF. Daarnaast werd de prestatie van passieve DGFC met toepassing van MEA met de gesynthetiseerde Pd₁Au₁/VGCNF geëvalueerd. De piekvermogensdichtheid van de passieve DMAFC was 3,9 mW cm⁻², voor glycerol-concentratie van 2,0 M en NaOH-concentratie van 5,0 M. De EIS toonde aan dat PdAu/VGCNF een kleinere boog toont wat een kleinere kinetische weerstand aangeeft in vergelijking met twee andere elektrokatalysatoren. De uitgebreide evaluatie van enkele-cel-fabricage geeft aan dat vermogensuitgangprestaties ook beïnvloed worden door GDL-morfologische defecten, MEA-fabricage en AEM-stabiliteiten. Daarom is het duidelijk dat meer onderzoek op alkalische brandstofcel nodig is om het probleem relevant voor het verbeteren van de betrouwbaarheid tijdens de lange-termijnoperatie van DMFC's aan te pakken.

Afkortingen

AEM:

Anionuitwisselingsmembraan

Au:

Goud

BET:

Brunauer, Emmett en Teller

CV:

Cyclische voltammetrie

EDX:

Energie-dispersieve röntgen

FESEM:

Veldemissie-scannende elektronenmicroscopie

HAuCl₄·3H₂O:

Goud(III)chloride trihydraat

MPL:

Microporeuze laag

N₂:

Stikstof

Pd:

Palladium

PdCl₂:

Palladiumchloride

PTFE:

Polytetrafluoroetheen

VGCNF:

Damp-v gegroeide koolstofnanovezel

XPS:

Röntgenfoto-elektronspectroscopie

XRD:

Röntgendiffractie