Nâng cao hoạt động và khả năng chịu đựng của pin nhiên liệu trực tiếp với hỗ trợ tixw1xo2 cho bạch kim

• Tác giả: Hau Quoc Pham
• Người hướng dẫn: Assoc. Van Thi Thanh Ho
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Chemical Engineering
• Đề tài: Nâng cao hiệu suất của pin nhiên liệu trực tiếp bằng cách sử dụng hỗ trợ TixW1-xO2 cho bạch kim
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

• PLEDGE
• ABSTRACT
• TÓM TẮT LUẬN ÁN
• ACKNOWLEDGEMENTS
• TABLE OF CONTENTS
• 1. LIST OF TABLES
• 2. LIST OF FIGURES
• 3. LIST OF SYMBOLS AND ABBREVIATIONS
• 4. MOTIVATION OF RESEARCH
• 5. INTRODUCTION AND LITERATURE REVIEW
• 5.1. Direct alcohol fuel cells (DAFCs)
• 5.2. Overview of DAFC technologies
• 5.3. Research history of direct alcohol fuel cells
• 5.4. Alcohol electro-oxidation on the Pt nanocatalysts
• 5.5. Methanol electro-oxidation reaction (MOR) on the Pt surface
• 5.6. Ethanol electro-oxidation reaction (EOR) on the Pt surface
• 5.7. Challenges of Pt-based catalyst in direct alcohol fuel cells
• 5.8. Platinum dissolution and growth
• 5.9. Non-carbon support for Pt-based electrocatalyst
• 5.10. Advantages and challenges of non-carbon nanosupport for DAFCs
• 5.11. State-of-the-art M-doped TiO2 support for alcohol electro-oxidation (AOR)
• 5.12. Tungsten-doped TiO2 nanosupport for direct alcohol fuel cells
• 5.13. One-dimensional (1D) Pt-based catalysts for the alcohol electro-oxidation
• 5.14. Advantages and challenges of 1D Pt-based nanostructures
• 5.15. Preparation of 1D Pt-based electrocatalysts
• 5.16. State-of-the-art 1D Pt-based electrocatalysts
• 5.17. Strategy and research objectives
• 6. MATERIAL AND EXPERIMENTS
• 6.1. Fabrication of non-carbon TixW1-xO2 (x = 0.8)
• 6.2. Fabrication of 20 wt% Pt/TixW1-xO2 (x = 0.8)
• 6.3. Fabrication of 1D Pt nanowires (NWs) on the Ti0.3O2
• 6.4. Preparation of 1D-bimetallic Pt3Co NWs on the Ti0.3O2
• 6.5. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)
• 6.6. Transmission electron microscopy (TEM)
• 6.7. Scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy (EDX) mapping measurement
• 6.8. Brunauer-Emmett-Teller (BET) method
• 6.9. Electrical conductivity measurement
• 6.10. Preparation of electrocatalytic ink
• 6.11. Cyclic voltammetry (CV) test
• 6.12. Alcohol electro-oxidation reaction (MOR, EOR)
• 6.13. CO-stripping voltammetry test
• 6.14. Accelerated durability test (ADT)
• 7. SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF THE TixW1-xO2 (x = 0.8) NANOMATERIALS AS ROBUST NON-CARBON SUPPORTS FOR PLATINUM NANOPARTICLES IN DIRECT ETHANOL FUEL CELLS
• 7.1. Characterization of various TixW1-xO2 (x = 0.8)
• 7.2. Effect of differential Ti: W ratio on nanostructures
• 7.3. Effect of differential Ti: W ratio on particle size and morphology
• 7.4. Effect of differential Ti: W ratio on the surface area
• 7.5. Effect of differential Ti: W ratio on the electrical conductivity
• 7.6. Characterization of 20 wt% Pt/TixW1-xO2 (x = 0.8)
• 7.7. Electrochemical characterization of electrocatalysts
• 8. ONE-DIMENSIONAL Pt NANOWIRES ON Ti0.3O2 SUPPORT WITH EFFECTIVE ELECTRO-ACTIVITY FOR ALCOHOL ELECTRO-OXIDATION
• 8.1. Formation of the 1D Pt nanowires on Ti0.3O2
• 8.2. Effect of reduction times on the growth of 1D Pt nanowires
• 8.3. Effect of loading amount of Pt on the growth of 1D Pt nanowires
• 8.4. A proposed mechanism for the formation of 1D Pt NWs/Ti0.3O2
• 8.5. Characterization of 1D Pt NWs/Ti0.3O2
• 8.6. Electrochemical characterization of 1D Pt NWs/Ti0.3O2
• 9. SUPERIOR CO-TOLERANCE AND STABILITY FOR ALCOHOL ELECTRO-OXIDATION REACTION OF 1D-BIMETALLIC PLATINUM-COBALT NANOWIRES ON Ti0.3O2
• 9.1. Characterization of 1D Pt3Co NWs/Ti0.3O2
• 9.2. Electrochemical properties of 1D Pt3Co NWs/Ti0.3O2
• 9.3. Electrochemical properties of 1D Pt3Co NWs/Ti0.3O2 (continued)
• 10. CONCLUSIONS AND SCIENTIFIC CONTRIBUTION
• 11. LIST OF PUBLICATIONS
• 12. LIST OF CONFERENCES
• 13. LIST OF RESEARCH PROJECTS

I. Tổng quan về hiệu suất pin nhiên liệu và tixw1xo2

Pin nhiên liệu trực tiếp (DAFCs) đang nổi lên như một giải pháp năng lượng bền vững. Việc nâng cao hiệu suất của pin nhiên liệu là một thách thức lớn trong nghiên cứu hiện nay. Sự kết hợp giữa bạch kim và hỗ trợ tixw1xo2 hứa hẹn sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất này.

1.1. Hiệu suất pin nhiên liệu và vai trò của bạch kim

Bạch kim là một trong những chất xúc tác chính trong pin nhiên liệu. Tuy nhiên, sự ngộ độc CO và độ bền của bạch kim là những vấn đề cần giải quyết để nâng cao hiệu suất.

1.2. Tixw1xo2 Hỗ trợ đa chức năng cho bạch kim

Tixw1xo2 được nghiên cứu như một vật liệu hỗ trợ cho bạch kim, giúp cải thiện hoạt tính và độ bền của xúc tác trong pin nhiên liệu.

II. Vấn đề và thách thức trong việc nâng cao hiệu suất pin nhiên liệu

Mặc dù pin nhiên liệu có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc cải thiện hiệu suất. Các vấn đề như động học phản ứng chậm và sự ngộ độc CO cần được giải quyết.

2.1. Động học phản ứng chậm trong DAFCs

Động học phản ứng chậm là một trong những nguyên nhân chính làm giảm hiệu suất của pin nhiên liệu. Cần có các giải pháp để cải thiện tốc độ phản ứng.

2.2. Sự ngộ độc CO và ảnh hưởng đến bạch kim

Sự ngộ độc CO làm giảm hoạt tính của bạch kim, dẫn đến hiệu suất thấp hơn. Việc tìm kiếm các vật liệu hỗ trợ có khả năng chống ngộ độc là rất cần thiết.

III. Phương pháp cải thiện hiệu suất pin nhiên liệu với tixw1xo2

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng tixw1xo2 làm hỗ trợ cho bạch kim có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của pin nhiên liệu. Các phương pháp tổng hợp và tối ưu hóa cấu trúc là rất quan trọng.

3.1. Tổng hợp tixw1xo2 và ảnh hưởng đến hiệu suất

Việc tổng hợp tixw1xo2 với các tỷ lệ khác nhau của tungsten đã cho thấy sự cải thiện về diện tích bề mặt và độ dẫn điện, từ đó nâng cao hiệu suất của pin nhiên liệu.

3.2. Tối ưu hóa cấu trúc bạch kim trên tixw1xo2

Cấu trúc của bạch kim trên tixw1xo2 cần được tối ưu hóa để đảm bảo phân bố đồng đều và tăng cường hoạt tính xúc tác.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về tixw1xo2

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tixw1xo2 có thể thay thế cho các vật liệu carbon truyền thống trong pin nhiên liệu. Kết quả cho thấy sự cải thiện rõ rệt về hiệu suất và độ bền.

4.1. Kết quả thử nghiệm hiệu suất của pin nhiên liệu

Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu xúc tác 20 wt% Pt/tixw1xo2 có hiệu suất cao hơn so với các vật liệu xúc tác thương mại.

4.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực năng lượng xanh

Pin nhiên liệu sử dụng tixw1xo2 có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực như giao thông và thiết bị cầm tay, góp phần vào việc phát triển năng lượng bền vững.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu về pin nhiên liệu

Nghiên cứu về tixw1xo2 trong pin nhiên liệu mở ra nhiều triển vọng mới. Việc cải thiện hiệu suất và độ bền của pin nhiên liệu sẽ là một trong những mục tiêu chính trong tương lai.

5.1. Tương lai của pin nhiên liệu trực tiếp

Pin nhiên liệu trực tiếp có tiềm năng lớn trong việc cung cấp năng lượng sạch và bền vững. Nghiên cứu tiếp tục sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các vật liệu hỗ trợ.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới và cải thiện quy trình sản xuất để nâng cao hiệu suất của pin nhiên liệu.