Nieuws

Hete beelden van brandstofcel

Op een palladiumanode in een werkende PEM-brandstofcel zit wel degelijk een hydridelaagje, al suggereren experimenten onder labcondities iets anders. Het bewijst dat je zulke anodes altijd onder realistische omstandigheden moet uitproberen, schrijft UvA-onderzoeker Moniek Tromp in ACS Catalysis.

Samen met Hubert Gasteiger en collega’s van de TU München wist ze voor het eerst metingen aan een werkende PEM-cel te doen, met behulp van een in eigen huis ontworpen elektrochemische cel die zich laat doorlichten met röntgenabsorptiespectrometrie (XAS).

PEM staat voor proton exchange membrane: een kunststofmembraan dat wel protonen (dus H+) doorlaat maar geen elektronen. In een PEM-brandstofcel zit zo’n membraan tussen de elektrodes in. Als brandstof dient H2 dat aan de de anode wordt gesplitst in 2H+ en twee elektronen. De protonen gaan via het membraan naar de kathode, de elektronen moeten buitenom en kunnen onderweg elektrische energie leveren. Aan de kathode worden protonen, elektronen en zuurstof uit de lucht gecombineerd tot water.

Traditioneel wordt zo’n anode, die tevens als katalysator voor de splitsing van H2 dient, gemaakt van platina. Palladium ligt voor de hand als goedkoper alternatief, maar in de praktijk blijkt de katalytische activiteit snel achteruit te gaan.

Bekend is dat zich op het oppervlak van zo’n elektrode vanzelf een laagje palladiumhydride (PdHx) vormt. Aangenomen werd dat de achteruitgang was te wijten aan het geleidelijke verdwijnen van dat laagje, waarna het metallische Pd zou worden geoxideerd door spoortjes zuurstof. Maar dat was gebaseerd op proeven in een vloeibaar elektrolyt bij kamertemperatuur, terwijl een echte PEM-cel werkt bij minstens 80 ºC en met gassen.

Vandaar de XAS-cel, die ook onder die condities werkt. Hij bevat twee elektrodes en een klein stukje membraan, met ruimte er tussen voor de gasstroom. In de buitenwand zit een venster van 500 µm dik grafiet, dat geen zichtbaar licht doorlaat maar wél de gebruikte röntgenstraling uit een beamline van het ESRF-synchrotron in Grenoble.

In deze opstelling voor ‘operando-spectrometrie’ meet je alleen PdHx en geen metallisch Pd. Dáár ligt de achteruitgang van de Pd-elektrode dus niet aan. Waar hij dan wel aan ligt, wordt uit dit onderzoek niet duidelijk.

Het grote verschil tussen operando-experimenten en labcondities zou volgens de onderzoekers moeten liggen aan de massa-overdracht. Het tempo daarvan ligt in een gasvormig elektrolyt een paar ordegroottes hoger dan in een vloeistof. Je mag verwachten dat je tegen hetzelfde effect aanloopt bij elke poging tot elektrokatalyse met gasvormige reactanten.

Kortom: voor operando-spectrometrie zou een aardige markt moeten zijn.

bron: UvA

 

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

C2W Social Media

Logo Twitter

Logo Linkedin

Wordt abonnee/lid

Logo KNCV

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!