Schonvogel, Dana (2018) Graphene-Based electrocatalysts for oxygen reduction reaction in high temperature proton exchange membrane fuel cells. PhD, Universität Oldenburg.

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Abstract

Proton exchange membrane fuel cells play an essential role in a sustainable energy supply. However, a great challenge is the catalyst degradation regarding Pt instability and carbon corrosion. Nanocomposites combine the carbon support with corrosion-resistant metal oxides. In this study, tin-doped indium (III) oxide (ITO) and fluorine-doped tin (IV) oxide (FTO) are precipitated on reduced graphene oxide (rGO) and compared to multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), carbon black, carbon from hydrothermal carbonization (HTC-C) and rGO. Stress testing (0.05–1.47 VRHE) is used to assess their electrochemical durability. MWCNTs with the lowest specific surface area of 111 m2 g-1 and HTC-C with highest amorphousness and specific surface area of 546 m2 g-1 are most opposite, whereas HTC-C shows the strongest degradation. In case of the composites, degradation of FTO–rGO is insignificant, but ITO–rGO suffers from ITO degradation and carbon corrosion. In conclusion, FTO is not only more stable but persistently protects rGO from corrosion, so that the choice of metal oxide is crucial for catalyst’s durability.

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Graphen-basierte Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffreduktionsreaktion in Hochtemperatur-Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen

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Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen leisten einen zentralen Beitrag in einer nachnachhaltigen Energieversorgung mit der aktuellen Herausforderung der Katalysatordegradation. Nanokomposite werden als Katalysatorträger untersucht, welche Kohlenstoff mit korrosionsbeständigeren Metalloxiden vereinen. Zinndotiertes In2O3 (ITO) und fluordotiertes SnO2 (FTO) werden auf reduziertem Graphenoxid (rGO) abgeschieden und mit mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs), Carbon Black, Kohlenstoff aus hydrothermaler Karbonisierung (HTC-C) sowie rGO verglichen. Ein Stresstest (0.05–1.47 VRHE) dient der Bewertung der elektrochemischen Stabilität. MWCNTs mit niedrigster spezifischer Oberfläche von 111 m2 g-1 und HTC C mit der amorphesten Struktur sowie 546 m2 g-1 sind die gegensätzlichsten Materialien. HTC-C unterliegt der stärksten Degradation. Die Komposite zeigen eine vernachlässigbare Alterung des FTO-rGO, wobei ITO–rGO unter Degradation von ITO und Kohlenstoff leidet. FTO ist nicht nur stabiler als ITO, sondern schützt rGO vor Korrosion, sodass die Wahl des Metalloxids für die Stabilität entscheidend ist.

Item Type: Thesis (PhD)
Uncontrolled Keywords: Sauerstoff, Reduktion (Chemie), Chemische Reaktion, Elektrokatalyse, Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzelle
Subjects: Science and mathematics > Chemistry
Divisions: Faculty of Mathematics and Science > Department of Chemistry (IfC)
Date Deposited: 22 Jan 2019 13:02
Last Modified: 24 Jan 2019 09:59
URI: https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/3827
URN: urn:nbn:de:gbv:715-oops-39084
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