Study of platinum catalyst deposition on Nafion membranes and its development in fuel cells

Abstract

ABSTRACT: Proton Exchange Fuel Cells (PEFCs) are a promising technology for reaching a sustainable energy development due to their low emissions and high efficiency. However, if they want to compete in the market, their costs must be improved; mainly those related to the platinum catalyst. For that reason more efficient metals and ways to reduce the amount of catalyst used are being developed. This work is part of one of the research lines of the Advanced Separation Processes group (PAS) in the development of new electrolytes more efficient based on ionic liquids for fuel cells applications. Thus, this project is focused on the set-up of an experimental technique to deposit the catalyst on fuel cell membranes in order to improve the performance of a polymer electrolyte fuel cell fed by hydrogen. Two alternatives have been tested: gas diffusion electrode (GDE) incorporation and catalyst coated membrane (CCM) fabrication. Additionally, the influence of different operation variables (temperature, gas humidity and amount of catalyst deposited) was studied. As main result, this paper has proved the potential of the CCM fabrication as a possible electrolyte for fuel cells under anhydrous conditions.

RESUMEN: Las pilas de combustible de intercambio protónico (PEFCs) son una prometedora tecnología para alcanzar un desarrollo energético sostenible gracias a sus bajas emisiones y su alta eficiencia. Sin embargo, si quieren competir en el mercado, los costes deben ser reducidos; principalmente los relacionados con el catalizador de platino. Por esa razón se están desarrollando nuevos metales más eficaces y formas de reducir la cantidad de catalizador usado. Este trabajo forma parte de una de las líneas de investigación del grupo Procesos Avanzados de Separación (PAS) en el desarrollo de nuevos electrolitos más eficientes basados en líquidos iónicos para pilas de combustible. Este proyecto se centra en la puesta a punto de una técnica experimental para la deposición de catalizador en membranas con el objetivo de mejorar el rendimiento de una pila de intercambio protónico. Se analizaron dos alternativas: incorporación de electrodos de difusión gaseosa (GDE, “Gas Diffusion Electrode”) y la fabricación de membranas cubiertas de catalizador (CCM, “Catalyst Coated Membrane”). También se estudió la influencia de diferentes variables de operación (temperatura, humedad de los gases y cantidad de catalizador depositado). Como principal resultado, este proyecto ha probado el potencial de la fabricación de CCMs como posibles electrolitos para su uso en pilas de combustible bajo condiciones anhidras.