The key components of a Phosphoric acid fuel cell (PAFC) are an electrode catalyst, an electrolyte matrix and a gas diffusion layer (GDL). In this study, we introduced a microporous layer on the GDL of PAFC to enhance liquid electrolyte management and overall electrochemical performance of PAFC. MPL is primarily used in polymer electrolyte membrane fuel cells to serve as an intermediate buffer layer, effectively managing water within the electrode and reducing contact resistance. In this study, electrodes were fabricated using GDLs with and without MPL to examine the influence of MPL on the performance of PAFC. Internal resistance and polarization curves of the unit cell were measured and compared to each other to assess the impact of MPL on PAFC electrode performance. As the results, the application of MPL improved power density from 170.2 to 192.1 mW/cm2. MPL effectively managed electrolyte and water within the matrix and electrode, enhancing stability. Furthermore, the application of MPL reduced internal resistance in the electrode, resulting in sustained and stable performance even during long-term operation.
Terephthalaldehyde (TPA) is introduced as a cross liker to enhance electron transfer of hemin-based cathodic catalyst consisting of polyethyleneimine (PEI), carbon nanotube (CNT) for hydrogen peroxide reduction reaction (HPRR). In the cyclic voltammetry (CV) test with 10 mM H2O2 in phosphate buffer solution (pH 7.4), the current density for HPRR of the suggested catalyst (CNT/PEI/hemin/PEI/TPA) shows 0.2813 mA cm-2 (at 0.2 V vs. Ag/AgCl), which is 2.43 and 1.87 times of non-cross-linked (CNT/PEI/hemin/PEI) and conventional cross liker (glutaraldehyde, GA) used catalyst (CNT/PEI/hemin/PEI/GA), respectively. In the case of onset potential for HPRR, that of CNT/PEI/hemin/PEI/TPA is observed at 0.544 V, while those of CNT/PEI/hemin/PEI and CNT/PEI/hemin/PEI/GA are 0.511 and 0.471 V, respectively. These results indicate that TPA plays a role in facilitating electron transfer between the electrodes and substrates due to the π-conjugated cross-linking bonds, whereas conventional GA cross-linker increases the overpotential by interrupting electron and mass transfer. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results also display the same tendency. The charge transfer resistance (Rct) of CNT/PEI/hemin/PEI/TPA decreases about 6.2% from that of CNT/PEI/hemin/PEI, while CNT/PEI/hemin/PEI/GA shows the highest Rct. The polarization curve using each catalyst also supports the superiority of TPA cross liker. The maximum power density of CNT/PEI/hemin/PEI/TPA (36.34±1.41 μWcm-2) is significantly higher than those of CNT/PEI/hemin/PEI (27.87±0.95 μWcm-2) and CNT/PEI/hemin/PEI/GA (25.57±1.32 μWcm-2), demonstrating again that the cathode using TPA has the best performance in HPRR.
The core of Hydrogen Fuel Cell Vehicles (FCV) is polymer solid fuel cell (PEFC), and the core material that generates electrochemical electricity in the cell is platinum catalyst. Platinum is localized in South Africa and Russia, and the world production of Pt is about 178 tons per year, which is expensive and recycled. At present, the amount of Pt used in PEFC is $0.2{\sim}0.1mg/cm^2$. In order to reduce the price of the battery and increase the FCV supply, the target is to reduce the amount of Pt used to $0.05{\sim}0.03mg/cm^2$. $Pt-Pd/Al_2O_3$, Pt/C, Pt/GCB, Pt/Au/C, PtCo/C, PtPd/C, etc. by using polyol method using nano Pt, improved Cu-UPD/Pt substitution method and nano-capsule method, Have been researched and developed, and there have been reported techniques for improving the activity of Pt catalysts and stabilizing them. This paper investigates the production technology of nano-Pt and nano-Pt catalysts, recycling of spent Pt catalysts and application trends of Pt catalysts.
In this study, an anthracene cross-linker is introduced to enhance the catalytic activity of glucose oxidase (GOx) based catalysts and to increase the amount of enzyme loading. The crosslinked GOx is bonded with the CNT/PEI support using the electrostatic interaction (AC[CNT/PEI/GOx]). Electrochemical evaluations are done to evaluate the performance of this catalyst and the performance of CNT/PEI/GOx catalyst is also measured as a control. According to the measurements, it is confirmed that the amount of loaded GOx increases, while $K_m$ value calculated by Lineweaver-Burk plot shows that AC[CNT/PEI/GOx] ($K_m$ : 0.73 mM) is superior to CNT/PEI/GOx ($K_m$ : 1.71 mM) without cross-linking reaction. Based on these effects, it is demonstrated that the maximum power density of the enzymatic biofuel cell using AC[CNT/PEI/GOx] increases from $21.2{\mu}W/cm^2$ to $57.4{\mu}W/cm^2$.
Lee, Jeong Hun;Park, Yoo Sei;Jang, Myeong Je;Park, Sung Min;Lee, Kyu Hwan;Choi, Woo Sung;Choi, Sung Mook;Kim, Yang Do
Korean Journal of Metals and Materials
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v.56
no.12
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pp.885-892
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2018
Molybdenum disulfide ($MoS_2$) based electrocatalysts have been proposed as substitutes for platinum group metal (PGM) based electrocatalyst to hydrogen evolution reaction (HER) in water electrolysis. Here, we studied $MoS_2/CNFs$ hybrid catalyst prepared by electrospinning method with heat treatment for polymer electrolyte membrane(PEM) water electrolysis to improve the HER activity. The physicochemical and electrochemical properties such as average diameter, crystalline properties, electrocatalitic activity for HER of synthesized $MoS_2/CNFs$ were investigated by the Scanning Electron Microscope (SEM), X-ray Diffraction (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Transmission Electron Microscopy (TEM), Raman Spectroscopy (Raman) and Linear Sweep Voltammetry (LSV). The as spun ATTM/PVP nanofibers were prepared by sol-gel and electrospinning method. Subsequently, the $MoS_2/CNFs$ was dereived from reduction heat treatment of ATTM at the ATTM/PVP nanofibers and carbonization heat treatment. Synthesized $MoS_2/CNFs$ electrocatalyst had an average diameter of $179{\pm}30nm$. We confirmed that the $MoS_2$ layers in $MoS_2/CNF$ electrocatalyst consist of 3~4 layers from the Raman results. In addition, We confirmed that the $MoS_2$ layers in $MoS_2/CNF$ catalyst consist of 7.47% octahedral 1T phase $MoS_2$, 63.77% trigonal prismatic 2H phase $MoS_2$ with 28.75% $MoO_3$ through the XRD, Raman and XPS results. It was shown that $MoS_2/CNFs$ had the overpotential of 0.278 V at $10mA/cm^2$ and tafel slope of 74.8 mV/dec in 0.5 M sulfuric acid ($H_2SO_4$) electrolyte.
In this study, the silica nanoparticles were considerably chosen to improve a dimensional stability, proton transport and electrochemical performance of the resulting inorganic-organic nanocomposite membranes. For this purpose, hydrophobic silica (Aerosil$^{(R)}$ 812, Degussa) and hydrophilic silica (Aerosil$^{(R)}$ 380, Degussa) nanoparticles were, respectively, introduced into a Sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) polymer matrix. The $SiO_2$ particles are evenly dispersed in a SPAES matrix by the aid of a non-ionic surfactant (Pluronics$^{(R)}$ L64). A $SiO_2$ content plays an important role in membrane microstructures and membrane properties such as proton conductivity and water uptake. Therefore, to study nanocomposite membranes with excessive amount of silica, the content of silica nanoparticles were increased up to 5 wt%. Interestingly, a hydrophobic $SiO_2$ containing nanocomposite membrane showed better electrochemical performance (29% higher than pristine SPAES) despite of low proton conductivity due to its adhesive properties with a catalyst layer in a single cell test. All the silica-SPAES membranes exhibited better performance than a pristine SPAES membrane.
In this work, mesoporous carbons (CMK-3) were prepared by a conventional templating method using mesoporous silica (SBA-15) for using catalyst supports in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs). The CMK-3 were chemically activated to obtain high surface area and small pore diameter with different potassium hydroxide (KOH) amounts, i.e., 0, 1, 3, and 4 g as an activating agent. And then Pt-Ru was deposited onto activated CMK-3 (K-CMK-3) by a chemical reduction method. The characteristics of Pt-Ru catalysts deposited onto K-CMK-3 were determined by surface area and pore size analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and inductive coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). The electrochemical properties of Pt-Ru/K-CMK-3 catalysts were also analyzed by cyclic voltammetry (CV). From the results, the K3g-CMK-3 carbon supports activated with 3 g KOH showed the highest specific surface areas. In addition, the K3g-CMK-3 led to uniform dispersion of Pt-Ru onto K-CMK-3, resulted in the enhancement of elelctro-catalystic activity of Pt-Ru catalysts.
Alloying degree is an important structural factor of PtRu catalysts for direct methanol fuel cells (DMFC). In this work, carbon supported PtRu catalysts were synthesized by reduction method using anhydrous ethanol as a solvent and $NaBH_4$ as a reducing agent. Using anhydrous ethanol as a solvent resulted in high alloying degree and good dispersion. The morphological structure and crystallanity of synthesized catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), high resolution transmission electron microscope (HR-TEM). CO stripping and methanol oxidation reaction were measured. Due to high alloying degree catalyst prepared in anhydrous ethanol, exhibited low onset potential for methanol oxidation and negative peak shift of CO oxidation than commercial sample. Consequently, samples, applying ethanol as a solvent, exhibited not only enhanced CO oxidation, but also increased methanol oxidation reaction (MOR) activity compared with commercial PtRu/C (40 wt%, E-tek) and 40 wt% PtRu/C prepared in water solution.
Kim, Byung-Ju;Seo, Min-Kang;Choi, Kyeong-Eun;Park, Soo-Jin
Applied Chemistry for Engineering
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v.22
no.2
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pp.167-172
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2011
In this work, the effect of surface treatment on mesoporous carbons (MCs) supports was investigated by analyzing surface functional groups. MCs were prepared by a conventional templating method using mesoporous silica (SBA-15) for using catalyst supports in direct methanol fuel cells (DMFCs). The MCs were treated with different phosphoric acid ($H_3PO_4$) concentrations i.e., 0, 1, 3, 4, and 5 M at 343 K for 6 h. And then Pt-Ru was deposited onto surface treated MCs (H-MCs) by chemical reduction method. The characteristics of Pt-Ru catalysts deposited onto H-MCs were determined by specific surface area and pore size analyzer, X-ray diffraction, X-ray photoelectron, transmission electron microscopy, and inductive coupled plasma-mass spectrometer. The electrochemical properties of Pt-Ru/H-MCs catalysts were also analyzed by cyclic voltammetry experiments. From the results of surface analysis, an oxygen functional group was introduced to the surface of carbon supports. From the results, the H4M-MCs carbon supports surface treated with 4 M $H_3PO_4$ led to uniform dispersion of Pt-Ru onto H4M-MCs, resulting in enhancing the electro-catalytic activity of Pt-Ru catalysts.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.32
no.2
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pp.77-82
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2022
Recently, research on the development of low-cost/high-efficiency water electrolysis catalysts to replace noble metal catalysts is being actively conducted. Since overvoltage reduces the overall efficiency of the water splitting device, lowering the overvoltage of the oxygen evolution reaction (OER) is the most important task in order to generate hydrogen more efficiently. Currently, noble metal catalysts show excellent characteristics in OER performance, but they are experiencing great difficulties in commercialization due to their high price and efficiency limitations due to low reactivity. In this study, a water electrolysis catalyst Ni-MWCNT was prepared by successfully doping Ni into the MWCNTs structure through the pulsed laser ablation in liquid (PLAL) process. High resolution-transmission electron microscopy (HR-TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were performed for the structure and chemical composition of the synthesized Ni-MWCNT. Catalytic oxygen evolution reaction evaluation was performed by linear sweep voltammetry (LSV) overvoltage characteristics, Tafel slope, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV) and Chronoamperometry (CA) was used for measurement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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