کاتالیست و الکتروکاتالیست
کاتالیست پیل سوختی از کیمیا گوهر؛ Pt/C با درصد ۲۰ تا ۶۰، Pt-Ru/C برای متانول و آلیاژ Pt-Co با بارگذاری ۰/۱ تا ۰/۴ mg/cm² و مشاوره انتخاب.
جزئیات و مشخصات کاتالیست و الکتروکاتالیست
کاتالیست پیل سوختی از کیمیا گوهر؛ Pt/C با درصد ۲۰ تا ۶۰، Pt-Ru/C برای متانول و آلیاژ Pt-Co با بارگذاری ۰/۱ تا ۰/۴ mg/cm² و مشاوره انتخاب.
کاتالیست؛ گران‌ترین و تعیین‌کننده‌ترین جزء پیل سوختی
در پیل سوختی با غشای تبادل پروتون، کاتالیست پلاتین بر پایه کربن، واکنش کاهش اکسیژن در کاتد و اکسایش هیدروژن در آند را تسریع میکند. کاتالیست‌های Pt/C با درصدهای وزنی ۲۰، ۴۰ و ۶۰ پرکاربردترین محصولات بازار هستند و انتخاب درصد، توازنی میان پراکندگی نانوذرات، رسانایی و بارگذاری نهایی ایجاد میکند. برای پیل متانولی مستقیم، کاتالیست Pt-Ru/C با نسبت یک به یک به دلیل تحمل عالی در برابر مسمومیت CO، استاندارد آند است و آلیاژهای Pt-Co فعالیت کاهش اکسیژن را دو تا سه برابر پلاتین خالص بالا می‌برند. سطح فعال الکتروشیمیایی (ECSA) شاخص کلیدی کیفیت است که با ولتامتری جذب هیدروژن اندازهگیری میشود و بارگذاری معمول کاتد بین ۰/۲ تا ۰/۴ میلی‌گرم پلاتین بر سانتیمتر مربع است.
Pt/C استاندارد
درصدهای وزنی ۲۰، ۴۰ و ۶۰ با سطح فعال ECSA بین ۶۰ تا ۹۰ متر مربع بر گرم؛ انتخاب اصلی پیل‌های هیدروژنی.
Pt-Ru/C برای متانول
نسبت اتمی ۱:۱ برای آند پیل متانولی مستقیم با تحمل بالا در برابر مسمومیت مونوکسید کربن.
آلیاژهای Pt-Co
فعالیت جرمی دو تا سه برابر Pt/C در واکنش کاهش اکسیژن؛ مناسب کاتدهای کم‌مصرف پلاتین.
پلاتین بلک
پودر پلاتین خالص نانوساختار با سطح فعال ۲۰ تا ۳۰ متر مربع بر گرم برای لایه‌های ضخیم و بارگذاری بالا.
کاتالیست‌های رایج و مشخصات کلیدی
| کاتالیست | درصد / نسبت | کاربرد | پارامتر کلیدی |
|---|---|---|---|
| Pt/C | ۲۰٪ وزنی | کاتد و آند PEMFC | ECSA حدود ۷۰ m²/g |
| Pt/C | ۴۰٪ وزنی | کاتد پرتوان | ECSA بین ۶۰ تا ۹۰ m²/g |
| Pt/C | ۶۰٪ وزنی | آند H₂ و لایه نازک | بارگذاری ۰/۱ تا ۰/۴ mg/cm² |
| Pt-Ru/C | ۵۰:۵۰ اتمی | آند پیل متانولی (DMFC) | تحمل بالا در برابر CO |
| Pt-Co/C | آلیاژی | کاتد کم‌پلاتین | فعالیت ۲ تا ۳ برابر Pt/C |
| پلاتین بلک | ۱۰۰٪ Pt | MEA پرقابلیت | ECSA حدود ۲۰ تا ۳۰ m²/g |
سوالات متداول درباره کاتالیست‌های پیل سوختی
برای آزمایشهای اولیه، Pt/C چهل درصد توصیه میشود؛ تعادل خوبی میان پراکندگی ذرات، رسانایی و قیمت دارد. پس از پایدارشدن فرایند میتوان با ۲۰ درصد برای آند و در صورت نیاز به توان بالاتر، با ۶۰ درصد در کاتد بهینهسازی کرد.
با ولتامتری چرخهای در بازه پتانسیل جذب و رهایش هیدروژن و با فرض بار ۲۱۰ میکروکولن بر سانتیمتر مربع برای تکلایه هیدروژن محاسبه میشود؛ برای Pt/C تجاری مقادیر ۶۰ تا ۹۰ متر مربع بر گرم پلاتین مطلوب است.
در آند پیل متانولی، گونههای کربنی مانند CO روی پلاتین جذب شده و آن را غیرفعال میکنند؛ روتنیم در کنار پلاتین، گونههای اکسیژنی سطحی فراهم کرده و CO را در پتانسیل پایینتر اکسید میکند و پایداری آند را بهطور چشمگیری افزایش میدهد.
با آزمون تنش شتابشده شامل ۳۰ هزار سیکل پتانسیل بین ۰/۶ و ۰/۹۵ ولت؛ افت ECSA و فعالیت جرمی نسبت به حالت اولیه گزارش میشود. افت کمتر از ۴۰ درصد سطح فعال پس از آزمون، معیار قابل قبول صنعت است.