Školitel: Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr.
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc., Kúš Peter
Stav práce: volná
Anotace:
Mezi základní koncepty nízkoemisního hospodářství budoucnosti patří získávání a využívání „zelené“ energie pomocí vodíkových palivových článků (PEMFC) a vodních elektrolyzérů s protonově-vodivou membránou (PEMWE). Obě zařízení PEMFC i PEMWE využívají jako katalyzátory vzácné kovy - v případě PEMFC se jedná o platinu a u PEMWE o iridium. Jednou z hlavních překážek komercializace zmíněných technologií je cena těchto kovů.
V rámci doktorské práce budou připravovány tenkovrstvé katalyzátory metodou magnetronového naprašování s cílem snížit množství platiny a iridia na minimum při zachování srovnatelné účinnosti. Vedle čisté Pt a Ir budou studovány i jejich slitiny s dalšími kovy jako např. Ni a Co, případně i tzv. bezplatinové a beziridiové katalyzátory, pokud se v průběhu řešení práce objeví nový perspektivní materiál. Zároveň se pokusíme připravit unikátní, nanostrukturní směsný katalyzátor, umožňující spojit technologie PEMFC a PEMWE do reverzibilního vodíkového palivového článku. Pro katalyzátory budou využívány vhodné nanostrukturní porézní nosiče s vysokým povrchem a elektronovou a iontovou vodivostí zajišťující vyšší efektivitu aktivní fáze.
Ke studium fyzikálně-chemických vlastností připravených vrstev bude využívána široká škála metod, např. elektronová mikroskopie (SEM, TEM), mikroskopie atomárních sil (AFM), fotoelektronová spektroskopie (XPS, včetně varianty operující ve vysokých tlacích - NAP XPS) či rentgenová difrakce (XRD). Samotný elektrochemický test připravených vrstev proběhne v experimentální elektrochemické cele integrované do aparatury NAP XPS, která umožní simulovat dlouhodobou zátěž katalyzátoru a určit jeho stabilitu za reálných operačních podmínek. Testování katalyzátorů bude probíhat na pokročilých experimentálních testovacích stanicích pro vodíkové články i elektrolyzéry, které umožňují nastavovat prakticky všechny důležité provozní parametry v širokém rozsahu a tím získávat informace o mechanizmu reakcí, faktorech omezující efektivitu a životnost MEA a provádět elektrochemické a impedanční analýzy k určení vlastností katalyzátorů.
Literatura:
[1] M. Carmo, D.L. Fritz, J. Mergel, D. Stolten, A comprehensive review on PEM water electrolysis, Int. J. Hydrogen Energy. 38 (2013) 4901–4934. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.01.151.
[2] Y. Wang, K.S. Chen, J. Mishler, S.C. Cho, X.C. Adroher, A review of polymer electrolyte membrane fuel cells: Technology, applications, and needs on fundamental research, Appl. Energy. 88 (2011) 981–1007. doi:10.1016/j.apenergy.2010.09.030.
Další literatura dle dohody se školitelem.