A method for rough estimation of the catalyst surface area in a fuel cell

Abstract

A method for a rough estimation of the catalyst surface area in a fuel cell is developed. It is based on the deconvolution of experimental CO oxidation data by use of a mathematical model. The kinetic parameters of the model are determined by fitting the experimental curves. The experimental data are collected at different sweep rates (2-100 mV s -1 ) and at different temperatures (room -60.0°C). The model can predict the sweep rate dependence of the CO oxidation onset potential, the peak current, the peak potential and the peak broadness. The model is further used for the prediction of the baseline in the presence of CO and for calculation of the CO charge consumed up to half peak potential. It is obtained that the latter value is constant at different sweep rates and that the baseline deviates from linearity already at low sweep rates (2 mV s -1 ), but not very significantly (2.0% in comparison to 8.8% at 100 mV s -1 , based on calculated CO charge). It is suggested that lower sweep rates should be used for experimental surface area determination.Width of the X-ray diffraction peak at half height/rad B r 2hWidth of the X-ray diffraction peak at half height for a standard compound/rad c DL Me Double layer capacitance of metal surface/mF d Average particle size/nm e

Electrochemical Oxidation of Carbon‐Containing Fuels and Their Dynamics in Low‐Temperature Fuel Cells

“…A summary of the literature on the kinetic modeling of enzymatic electrode can be found in a book chapter by Bartlett and co‐workers 112. The kinetic modeling approach was also used to model the CO oxidation reaction on a PtRu electrode 114. The model can predict some features of the potential sweeps at different sweep rates (Figure 10).…”

Uso da voltametria cíclica e da espectroscopia de impedância eletroquímica na determinação da área superficial ativa de eletrodos modificados à base de carbono

“…No caso do catalisador PtRu este problema é a formação significativa de óxido sobre o catalisador de PtRu. Por esta razão, a determinação da carga voltamétrica de CO é normalmente usado de forma qualitativa e afirma que o valor da área superficial (se for dado) é apenas um valor relativo e não absoluto [12,39,40] .…”

“…Contudo, existem algumas desvantagens, como a aplicabilidade destas técnicas nos laboratórios de células a combustível e em um catalisador real. Esta questão é especialmente importante na determinação de perda da atividade catalítica durante a operação em longo prazo de células a combustível [12,13] .…”

“…Os porosímetros por Intrusão de mercúrio são normalmente usados na determinação das propriedades estruturais dos poros dos materiais [11] . A normalização por carga de CO adsorvida para a caracterização in situ do catalisador de CaC é outra técnica empregada na determinação da área eletroquimicamente ativa de eletrodos mas, neste caso isto refere-se à área superficial de partículas de metal, as quais estão ao mesmo tempo em contato com o eletrólito (neste caso Nafion) e com o coletor de corrente (usualmente tecido de carbono ou papel carbono) [12,13,14] .…”

“…A EIE é uma técnica eletroanalítica onde se aplica um potencial de [1] ;  A região da Dupla Camada Elétrica (DCE) é determinada com o intervalo entre os picos de redução e oxidação do eletrólito [1,41-44, 55, 56] ;  Tempo do ensaio depende da velocidade de varredura [1] ;  Em caso de perturbações no ensaio os pontos obtidos serão do potencial de equilíbrio [1,17,21,22] ;  Requer elevada relação superfície/volume do eletrodo poroso [1] ; Impedância  Utilização de sinais muitos pequenos que não perturbam as propriedades do eletrodo [15,[45][46][47] ;  Possibilidade de estudar reações Redox e medir as taxas destas reações em meios de baixa condutividade [15, 45-47, 49, 50] ;  A resistência de polarização e a capacitância da dupla camada podem ser determinadas numa mesma medida [15, 45-47, 49, 50] ;  A cinética eletródica é determinada por outros métodos [15,[45][46][47] ; BET  Determinação acurada da área superficial da amostra, independe da morfologia da partícula [9,10,35,37] ;  Depende da massa da amostra, precisa de um tamanho pré-determinado da amostra [9,10,35,37] ; Oxidação do CO  Permite determinar a área superficial ativa dos eletrodos das CaC [12,13,39,40,48] ;  Este método permite determinar a área superficial dos eletrodos das CaC, mas somente dos eletrocatalisadores metálicos, aplicação esta relacionada com muitas incertezas [12,39,40,48] ;…”