Dansk Resumé
Denne Ph.D. afhandling præsenterer ny forskning indenfor metaloxid katalysatorer
til elektrokemisk oxygen udvikling, OER. Denne reaktion er en askehals for
elektrolyse, der er en lovende teknologi til energilagring. Især er Polymer Electrolyte
Membrane, PEM, systemer attraktive for decentraliseret hydrogen produktion.
Disse systemer bruger ædelmetaller for at opnå høj eektivitet og
holdbarhed, hvilket begrænser deres skalerbarhed. Jagten på nye katalysatorer
til denne reaktion er derfor et vigtigt forskningsområde og nye materialer bliver
publiceret hyppigt.
Mange af disse nye materialer er dog ikke testet for stabilitet, udover kortsigtet
elektrokemisk karakterisering. Første part af dette projekt er derfor
dedikeret til at designe en meningsfuld protokol til at teste stabilitet. Mangan
oxid tyndlm blev deponeret med sputter deposition og stabiliteten testet
med Electrochemical Quartz Crystal Microbalance kombineret med Inductively
Coupled Plasma - Mass Spectrometry. Resultaterne viste at stabil elektrokemisk
ydeevne kunne opnås samtidig med at et konstant massetab fandt sted. Den
foreslåede protokol kan guide fremtidige evalueringer af nye katalysatorer til
oxygen udvikling.
Blandt nye katalysatorer til OER, der ikke er baseret på ædelmetaller, virker
langt de este og bedste kun i basiske opløsninger, hvor billige NiFe katalysatorer
allerede bliver brugt kommercielt. I syre, relevant for PEM celler, er der en
mangel på strategier til at nde stabile og billige materialer. Her er MnO2 et
unikt materiale, idet det er stabilt og aktivt i et OER relevant potentialevindue.
I dette projekt testes MnO2 derfor som OER katalysator i syre. Instabilitet ved
høje anodiske potentialer er et problem og derfor udvikledes en strategi for
stabilisering af dette materiale. Ved brug af density functional theory blev det
fundet at titanium kan migrere til de overadepositioner der er mest ustabile.
Derfor modiceredes MnO2 med titanium ved hjælp af en co-sputtering metode
og disse tyndlm blev testet i svovlsyre. Resultaterne viste at massetabet kunne
sænkes med mere end 40 %, imens aktiviteten faldt med kun 10 %.