การเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าฐานทองสำหรับออกซิเจนรีดักชันในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Abstract

ปฏิกิริยาออกซิเจนรีดักชันในฝั่งแคโทดของเซลล์เชื้อเพลิงแบบเยื่อแผ่นแลกเปลี่ยนโปรตอนเป็นปฏิกิริยาที่ควบคุมการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะกำหนดประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่นิยมใช้ในเซลล์เชื้อเพลิง คือ แพลทินัม อย่างไรก็ตามแพลทินัมมีราคาที่แพงมากทำให้ต้นทุนของการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงสูงตามไปด้วย ในงานวิจัยนี้ทำการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาโดย ไมใช้แพลทินัมสำหรับปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงแบบเยื่อแผ่นแลกเปลี่ยนโปรตอนเพื่อเป็นการลดต้นทุนในการผลิตโดยตัวแปรที่ทำการศึกษาคือ ชนิดของตัวรองรับ (คาร์บอนไจแกนติกและแกรไฟต์) ชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยา (โคบอลต์ ทองแดง นิกเกิลและทอง) ปริมาณของโลหะ (ร้อยละ 7.7-34.0 โดยน้ำหนัก) อุณหภูมิในการรีดิวซ์ ( 350 และ 600 องศาเซลเซียส) และอัตราส่วนของโลหะผสม ผลการทดลองพบว่าโลหะผสมระหว่างทองกับนิกเกิลที่อัตราส่วนโดยอะตอม 1:1 บนตัวรองรับคาร์บอนไจแกนติก โดยใช้ปริมาณโลหะทองร้อยละ 34.0 โดยน้ำหนัก ผ่านการรีดิวซ์ที่อุณหภูมิ 350 องศาเซลเซียส จะให้ประสิทธิภาพการทำงานดีที่สุด โดยให้ค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า 28.9 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร และกำลังไฟฟ้าสูงสุดเท่ากับ 14.4 มิลลิวัตต์ที่ศักย์ไฟฟ้า 0.1 โวลต์ เมื่อทำการวิเคราะห์สมบัติของขั้วไฟฟ้าด้วยภาพถ่ายจาก TEM และ SEM พบว่าขนาดตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้มีขนาด 49 นาโนเมตร และมีการกระจายตัวของโลหะที่ดี ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมในทางการค้า พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้มีประสิทธิภาพต่ำกว่าค่อนข้างมาก