การทดสอบประสิทธิภาพเซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรน เมื่อใช้ก๊าซไฮโดรเจนที่ผลิตมาจากเอธานอลด้วยวิธีปฏิรูปด้วยไอน้ำ

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาวิธีการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมบนตัวรองรับคาร์บอนที่มีผลต่อพื้นที่ผิวและขนาดผลึก เพื่อเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ขั้วแอโนดสำหรับเซลเชื้อเพลิงแบบเยื่อเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน และศึกษาผลกระทบของการเตรียมซีเรียมออกไซด์ และอลูมิเนียมออกไซด์ในตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมบนตัวรองรับคาร์บอน ต่อการกระจายตัวของแพลทินัม ทั้งนี้แพลทินัมถูกเตรียมด้วยวิธีการพอกพูนโดยไม่ใช้ไฟฟ้า สภาวะที่เลือกใช้คือสภาวะที่ได้จากงานวิจัยในปีที่ 1 ตัวแปรที่ศึกษา ได้แก่ ปริมาณซีเรียมออกไซด์ ปริมาณอลูมิเนียมออกไซด์ ปริมาณแพลทินัม และความเข้มข้นของสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ จากการทดลองพบว่าการเติมซีเรียมออกไซด์ส่งผลกระทบต่อพื้นที่ผิวจำเพาะของตัวเร่งปฏิกิริยาโดยทำให้มีค่าลดลง ในทำนองเดียวกันการเพิ่มปริมาณแพลทินัมส่งผลให้พื้นที่ผิวจำเพาะลดลง หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งทำให้ขนาดผลึกของแพลทินัมมีขนาดมใหญ่ขึ้น มีการกระจายตัวลดลงนั่นเอง การเติมอลูมิเนียมออกไซด์ส่งผลให้ค่าพื้นผิวจำเพาะสูงขึ้น ขนาดผลึกแพลทินัมและซีเรียมออกไซด์เล็กลงซึ่งเป็นการเพิ่มการกระจายตัว ในส่วนของการเตรียมรองรับ ความเข้มช้นของสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ส่งผลกระทบกับขนาดอนุภาคซีเรียมออกไซด์ โดยการเพิ่มความเข้มข้นของสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ส่งผลให้ผลึกของซีเรียมออกไซด์ และแพลทินัมมีขนาดใหญ่ ทั้งนี้เมื่อพิจารณาตัวแปรศึกษาทั้งหมด พบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมแพลทินัมบนตัวรองรับซีเรียมออกไซด์ อลูมิเนียมออกไซด์ และคาร์บอน เพื่อให้แพลทินัมทีการกระจายตัวสูงสุดหรือมีขนาดผลึกเล็กที่สุด คือการใช้แพลทินัมร้อยละ 15 กับตัวรองรับที่ประกอบด้วยซีเรียมออกไซด์ อลูมิเนียมออกไซด์ และคารืบอนในสัดส่วนเชิงน้ำหนัก 20:30:50 จะได้พื้นที่ผิดวจำเพาะ 249.9 ตารางเมตรต่อกรัม และได้แพลทินัมที่มีขนาดผลึก 5.9 นาโนเมตร ขนาดผลึกซีเรียมออกไซด์เล็กกว่า 3 นาโนเมตร ทั้งนี้ตัวเร่งปฏิกิริยานี้น่าจะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สามารถทนทานต่อก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ได้ดี This research studied effects of preparation conditions to average crystallite sizes and dispersions of Pt over conductive carbon supporter by the electroless deposition method. The target of this work was to get high dispersion of Pt over conductive carbon. The dispersion of Pt relates to its crystallite size. High dispersion of Pt results from the small Ptcrystallite sizes and thus leads to an increase in avaliable active sites for hydrogen molecules to adsorb and react. The parameters studied in this work were contents of cerium oxide, contents of Pt, concentrations of NaOH solution used as a precipitant, and contents of aluminum oxide. The preparation conditions were described in the first year report. It was found that contents of cerium oxide affected to the Pt dispersion. An increase in cerium oxide contents in the catalysts resulted in an increase of crystallite sizes for both Pt and cerium oxide and in turn decreased the specific surface area of the catalysts. Llkewise, an increase in Pt contents led to an increase in Pt crystalline sizes or lower Pt dispersion while decreasing in specific surface areas of the catalysts. Furthermore, the effect of NaOH concentrations was studied. The results indicated that at high concentrations of NaOH solution, specific surface area of the catalyst was low while the crystallite sizes of Pt and cerium oxide were big. It was found that the addition of aluminium oxide in the catalyst improved the dispersion of Pt or decrease Pt crystallite sizes. The 15% Pt over cerium oxide. aluminium oxide and conductive carbon with the weight ratio of 20:30:50 has specific surface area of 249.9 m2/g and the smallest Pt crystallite size of 5.9 nm while CeO2 crystallite sizes was smaller than 3 nm.