Projekt

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Designing Nano-Extended Multimetallic Aerogel Fuel Cell Catalysts for Oxygen Reduction Reaction

Titel Englisch Designing Nano-Extended Multimetallic Aerogel Fuel Cell Catalysts für Oxygen Reduction Reaction
Gesuchsteller/in Schmidt Thomas Justus
Nummer 151122
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Labor für Elektrochemie Paul Scherrer Institut
Hochschule Paul Scherrer Institut - PSI
Hauptdisziplin Physikalische Chemie
Beginn/Ende 01.02.2015 - 31.01.2018
Bewilligter Betrag 203'550.00
Alle Daten anzeigen

Keywords (6)

Polymer-Elektrolyt Brennstoffzellen; PEFC; Elektrokatalyse; Sauerstoffreduktion; Nanostruktur; Aerogel

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Sauerstoff in elektrische Energie um und sind vielversprechende Systems für den elektrischen Antrieb von Fahrzeugen und der stationären Stromerzeugung. Eine der grössten Herausforderungen dieser Brennstoffzellen für die Kommerzialisierung ist die elektrochemische Umsetzung von Sauerstoff und die Haltbarkeit der normalerweise verwendeten Kohle-geträgerten Platin-Katalysatoren. Um dies zum umgehen, werden relativ hohe Edelmetall-Beladungen verwendet, was wiederum einen negativen Einfluss auf die gesamten Systemkosten hat. Das Ziel dieses Projektes umfasst das Design, die Herstellung und Charakterisierung von nanostrukturierten, ungeträgerten Edelmetallkatalysatoren mit hoher spezifischer Oberfläche für die elektrochemische Sauerstoffreduktion und deren Anwendung als Brennstoffzellen-Kathoden Katalysator.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojektes

Das Ziel des Projektes ist das Design von einzigartigen mehr-metallischen nanostrukturierten Aerogel Katalysatoren die eine bessere katalytische Leistung für die elektrochemische Sauerstoffreduktion zeigen als die herkömmlich verwendeten Kohle-geträgerten Pt Katalysatoren. Zudem wird im Projekt die Langzeitstabilität unter Brennstoffzellen-Betriebsbedingungen demonstriert werden. Um diese Ziele zu erreichen muss im Projekt neues Verständnis über den Zusammenhang zwischen Struktur des Katalysators, dessen Zusammensetzung, seiner Form und Reaktivität erarbeitet werden. Um dies zu erreichen werden die folgenden Ziele verfolgt: (i) Das Design und die Herstellung neuer ungeträgerter metallische Aerogele, die aus mehreren Metallen bestehen und die in einerm dreidimensionalen nanostrukturierten Netzwerk verbunden sind. (ii) Das Verständis zum Erstellen des Zusammenhanges zwischen der Aktivität der Katalysatoren, deren Zusammensetzung, Sturktur und Form. (iii) Bestimmung der Langzeitstabilität während der Sauerstoffreduktion under Betriebsbedingungen einer Brennstoffzelle.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojektes

Unsere Arbeit wir neue und wichtige Informationen zu einer neuen Katalysatorklasse (mehrmetallische Aerogele) für Brennstoffzellenanwendnungen generieren. Der hierverwendete Ansatz hat das Potential, die Edelmetallbeladung für Brennstoffzellen zu reduzieren und die Lebensdauer der Brennstoffzellen zu verbessern, was wiederum die BZ-Kommerzialisierung unterstütz. Speziell in Bereich der Elektromobilität ist die Einführung von Brennstoffzellenfahrzeugen äusserst wichtig, da auf diese Weise der Schadstoffausstoss aus dem Verkehrswesen drastisch reduziert werden kann.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 22.05.2014

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Abstract

Polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) converting hydrogen and oxygen into electricity are promising devices for clean and efficient energy conversion in mobile and stationary applications. However, one of the biggest challenges on the material level is the sluggish reaction kinetics for the reduction of molecular oxygen on the fuel cell cathode side. This sluggish kinetics is responsible for the main voltage and efficiency losses inside a PEFC and calls for typically quite high loadings of the used Pt-based electrode catalysts, which in turn affects the fuel cell cost in a negative way. In addition, the normally carbon supported Pt catalysts are known to exhibit some instabilities under transient high-voltage conditions due to corrosion of the carbon supports. Therefore, the goals of the project is to design advanced unique multi-metallic aerogel electrocatalysts showing superior catalytic performance for the oxygen reduction reaction (ORR) and high long-term durability under operating fuel cell conditions as compared to the state-of-the-art systems. Therefore, knowledge has to be gained about the relationships between structure, composition, shape and reactivity is necessary to achieve this goal. The following objectives are to be addressed in this work: (i) To design and fabricate new unsupported metallic aerogels consisting of bimetallic Pt-NPM (NPM=non-precious metal such as Ni, Co, Cu and Fe) nanoparticles connected in a long-range 3D network structure; (ii) To determine the structure-composition-shape-reactivity relationships of Pt alloy aerogels for the electrochemical ORR; and (iii) To study the long-term durability and chemical stability under strongly corrosive conditions.
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