Vliv depozičních parametrů při magnetronovém naprašování na morfologii protonovo-vodivé membrány pro vodíkové technologie

Student: Herman Jaroslav
Vedoucí: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Tomáš Hrbek
Stav práce: obhájená

Abstrakt:
Magnetronové naprašování je jednou z nejrozšířenějších a nejuniverzálnějších metod depozice tenkých nanostrukturovaných vrstev či katalyzátorů [1]. Na našem pracovišti jsme vyvinuli a patentovali proces, kterým dokážeme prostřednictvím současného naprašování a plazmového leptání během depozičního procesu modifikovat povrch tzv. protonově-vodivé membrány, která je klíčovou komponentou vodíkových palivových článků a elektrolyzérů vody [2][3]. Takto modifikovaná membrána má výrazně větší povrch, což po následném pokrytí tenkovrstvým katalyzátorem vede k vyšší účinnosti palivových článků či elektrolyzerů [4]. Cílem práce bude seznámit se s fungováním depozičního zařízení obsahujícího tři balancované magnetrony a připravit sérii modifikovaných membrán při odlišných parametrech, jako jsou složení pracovní atmosféry, tlak či depoziční výkon. Následně se pomocí skenovací elektronové mikroskopie bude pozorovat míra odlišnosti jejich morfologie. Závěrem se vzorky s nejrůznorodější morfologií, pokryté katalyzátorem změří v elektrolyzéru. Ukáže se tedy, jak je morfologie vrstvy schopna ovlivnit účinnost takového elektrochemického zařízení, nutného pro fungování vodíkového hospodářství.

Zásady pro vypracování:

1. Bibliografická rešerše.
2. Seznámení se s jednotlivými experimentálními metodami.
3. Příprava série modifikovaných protonovo-vodivých membrán.
4. Charakterizace připravených vzorků pomocí skenovacího elektronového mikroskopu.
5. Změření účinnosti vzorků v elektrolyzéru vody.
6. Vyhodnocení výsledků a sepsání bakalářské práce.

Literatura:

1. Gudmundsson JT. Physics and technology of magnetron sputtering discharges. Plasma Sources Sci Technol 2020;29:113001. doi:10.1088/1361-6595/abb7bd.
2. Carmo M, Fritz DL, Mergel J, Stolten D. A comprehensive review on PEM water electrolysis. Int J Hydrogen Energy 2013;38:4901–34. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.01.151.
3. Wang Y, Chen KS, Mishler J, Cho SC, Adroher XC. A review of polymer electrolyte membrane fuel cells: Technology, applications, and needs on fundamental research. Appl Energy 2011;88:981–1007. doi:10.1016/j.apenergy.2010.09.030.
4. Hrbek T, Kúš P, Yakovlev Y, Nováková J, Lobko Y, Khalakhan I, et al. Sputter-etching treatment of proton-exchange membranes: Completely dry thin-film approach to low-loading catalyst-coated membranes for water electrolysis. Int J Hydrogen Energy 2020;45:20776–86. doi:10.1016/j.ijhydene.2020.05.245.