Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής - Μπιορν Χάσα

Η παρούσα διατριβή περιλαμβάνει πειράματα στο πεδίο της ηλεκτροχημείας και της κατάλυσης. Αρχικά, εξετάζονται καταλύτες με βάση τον λευκόχρυσο (Pt) τροποποιημένοι με κάποιο δεύτερο μέταλλο η οξείδιο μετάλλου, καθώς και φορείς άνθρακα για την υποστήριξη της μεταλλικής φάσης. Ακολουθεί η εναπόθεση των μελετούμενων καταλυτών είτε σε ύφασμα άνθρακα (Carbon Cloth) είτε σε πλέγμα τιτανίου (Ti foam) και η χρησιμοποίησή τους ως ανοδικά ηλεκτρόδια σε συστοιχίες μεμβράνης-ηλεκτροδίων (ΜΕΑ) κατά τη λειτουργία κυψελίδων καυσίμου πρωτονιακής μεμβράνης (PEMFCs) ή ηλεκτρολυτικών κυψελίδων (Electrolyzer). Επίσης, πραγματοποιείται η σύγκριση διαφόρων υποστρωμάτων με μονομεταλλικό ή διμεταλλικό καταλύτη κατά την αντίδραση έκλυσης υδρογόνου. Τέλος, μελετάται η Ηλεκτροχημική Ενίσχυση της Κατάλυσης (ή αλλιώς Μη-Φαρανταϊκή Τροποποίηση της Καταλυτικής Ενεργότητας) σε υδατικά αλκαλικά διαλύματα.

Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη εισαγωγή για τα ανοδικά ηλεκτρόδια Pt και την αναγκαιότητα τροποποίησης τους με χρήση ενός η περισσοτέρων μετάλλων προκειμένου αυτά να είναι αποτελεσματικά κυρίως ως άνοδοι σε κυψελίδες καυσίμου καυσίμου χαμηλών θερμοκρασιών με απ’ευθείας τροφοδοσία αλκοόλης. Ο σκοπός του κεφαλαίου είναι να μελετηθεί ο ρόλος της προσθήκης του δεύτερου μετάλλου στον Pt και κυρίως ο ρόλος του TiO₂ σε διμεταλλικό ή τριμεταλλικό καταλύτη (Pt-TiO₂ ή Pt-Ru-TiO₂).

Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται αποκλειστικά στην ηλεκτροχημική μελέτη ηλεκτροδίων χρησιμοποιώντας την τεχνική του περιστρεφόμενου δίσκου (RDE). Εκτός από την περιγραφή των μεθόδων φυσικοχημικού και ηλεκτροχημικού χαρακτηρισμού που χρησιμοποιούνται, στο συγκεκριμένο κεφάλαιο υπάρχει και πλήρης αναφορά για την παρασκευή του καταλυτικού αιωρήματος καθώς και των φορέων άνθρακα που εξετάζονται. 

Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια λεπτομερής περιγραφή των κυψελίδων καυσίμου. Πραγματοποιείται μια σύντομη περιγραφή των κύριων κατηγοριών κυψελίδων καυσίμου και μια αναλυτική περιγραφή για τις κυψελίδες καυσίμου πρωτονιακής μεμβράνης που χρησιμοποιούν ως καύσιμο το υδρογόνο, τη μεθανόλη και την αιθανόλη. 

Στο τέταρτο κεφάλαιο χρησιμοποιούνται οι καταλύτες του πρώτου κεφαλαίου κάτα την ηλεκτροχημική παραγωγή υδρογόνου έχωντας ως καύσιμο τη μεθανόλη ή αιθανόλη. Παρουσιάζονται όλοι οι διαθέσιμοι τρόποι παραγωγής του υδρογόνου καθώς και οι μέθοδοι μεταφοράς και αποθήκευσής του. Χρησιμοποιώντας ως καύσιμο τη μεθανόλη γίνεται η σύγκριση μεταξύ τριών ανοδικών ηλεκτροδίων (Pt-Ru/Ti, Pt-Ru-TiO₂/Ti και Pt-Ru/C (E-tek)) κυρίως ως προς την ποσότητα του παραγόμενου υδρογόνου. 

Στο πέμπτο κεφάλαιο μελετώνται διάφορα υποστρώματα, όπως το πολλά υποσχόμενο ανθρακούχο υλικό 3 διαστάσεων ( 3d C), το Carbon Cloth, το FTO (Fluorine doped Tin Oxide) και το Ni foam στα οποία εναποτέθηκε Pt και Pt-Ni με τη μέθοδο της ηλεκτροχημικής εναπόθεσης για την αντίδραση έκλυσης του υδρογόνου. 

Στο τελευταίο κεφάλαιο εξετάζεται η ηλεκτροχημική ενίσχυση της κατάλυσης σε εμπορικά ηλεκτρόδια Pt, Rh και Pd σε υδατικό διάλυμα KOH. Παρουσιάζονται οι γενικές αρχές του φαινομένου καθώς και οι προηγούμενες δημοσιευμένες μελέτες ηλεκτροχημικής ενίσχυσης σε υδατικά διαλύματα.