This study aims to examine the influences of substrates/diffusion layers (DL) and oxygen reduction reaction catalysts ($M_{ORR}$) on the performance of $M_{ORR}/IrO_2$/DL-type bifunctional oxygen electrodes for use in polymer electrolyte membrane (PEM)-type unitized regenerative fuel cells (URFC). The $M_{ORR}/IrO_2$/DL electrodes were prepared via two sequential steps: anodic electrodeposition of $IrO_2$ on various DLs and fabrication of $M_{ORR}$ layers (Pt, Pd, and Pt-Ru) by spraying on $IrO_2/DL$. Experiments using different DLs, with Pt as the $M_{ORR}$, revealed that the roughness factor of the DL mainly determined the electrode performance for both water electrolyzer (WE) and fuel cell (FC) operations, while the contributions of porosity and substrate material were insignificant. When Pt-Ru was utilized as the $M_{ORR}$ instead of Pt, WE performance was enhanced and the electrode performance was assessed by analyzing round-trip efficiencies (${\varepsilon}_{RT}$) at current densities of 0.2 and $0.4A/cm^2$. As a result, using Pt-Ru instead of Pt alone provided better ${\varepsilon}_{RT}$ at both current densities, while Pd resulted in very low ${\varepsilon}_{RT}$. Improved efficiency was related to the additional catalytic action by Ru toward ORR during WE operation.
The combination of different concentrations of ZnSO4 in acidic solution as electrolyte in Zn-air batteries was investigated by Zn symmetrical cell test, half-cell and full cell tests. Using 1 M ZnSO4 + 0.05 M H2SO4 as electrolyte and MnO2 as air cathode catalyst with Zn foil anode, this combination had a satisfactory performance with balance of electrochemical activity and stability. Its electrochemical activity was matched to or even better than the PtRu catalyst in different current density. And its cycle life was improved (more than 100 cycles stable) by suppressing the growth of zinc dendrites on anode obviously. This electrolyte overcame the shortcomings of alkaline electrolyte that are easy to react with CO2 in the air, severely growth of Zn dendrites caused by uneven plating/stripping of Zn.
In this work, mesoporous carbons (CMK-3) were prepared by a conventional templating method using mesoporous silica (SBA-15) for using catalyst supports in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs). The CMK-3 were chemically activated to obtain high surface area and small pore diameter with different potassium hydroxide (KOH) amounts, i.e., 0, 1, 3, and 4 g as an activating agent. And then Pt-Ru was deposited onto activated CMK-3 (K-CMK-3) by a chemical reduction method. The characteristics of Pt-Ru catalysts deposited onto K-CMK-3 were determined by surface area and pore size analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and inductive coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). The electrochemical properties of Pt-Ru/K-CMK-3 catalysts were also analyzed by cyclic voltammetry (CV). From the results, the K3g-CMK-3 carbon supports activated with 3 g KOH showed the highest specific surface areas. In addition, the K3g-CMK-3 led to uniform dispersion of Pt-Ru onto K-CMK-3, resulted in the enhancement of elelctro-catalystic activity of Pt-Ru catalysts.
Kim, Byung-Ju;Seo, Min-Kang;Choi, Kyeong-Eun;Park, Soo-Jin
Applied Chemistry for Engineering
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v.22
no.2
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pp.167-172
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2011
In this work, the effect of surface treatment on mesoporous carbons (MCs) supports was investigated by analyzing surface functional groups. MCs were prepared by a conventional templating method using mesoporous silica (SBA-15) for using catalyst supports in direct methanol fuel cells (DMFCs). The MCs were treated with different phosphoric acid ($H_3PO_4$) concentrations i.e., 0, 1, 3, 4, and 5 M at 343 K for 6 h. And then Pt-Ru was deposited onto surface treated MCs (H-MCs) by chemical reduction method. The characteristics of Pt-Ru catalysts deposited onto H-MCs were determined by specific surface area and pore size analyzer, X-ray diffraction, X-ray photoelectron, transmission electron microscopy, and inductive coupled plasma-mass spectrometer. The electrochemical properties of Pt-Ru/H-MCs catalysts were also analyzed by cyclic voltammetry experiments. From the results of surface analysis, an oxygen functional group was introduced to the surface of carbon supports. From the results, the H4M-MCs carbon supports surface treated with 4 M $H_3PO_4$ led to uniform dispersion of Pt-Ru onto H4M-MCs, resulting in enhancing the electro-catalytic activity of Pt-Ru catalysts.
Yoon, Sang Jun;Lee, Jae Goo;Ra, Ho Won;Seo, Myung Won
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.24
no.4
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pp.340-346
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2013
Study on clean and efficient utilization technology for low rank coal with high moisture content is actively ongoing due to limited reserves of petroleum and of high grade coal and serious climate change caused by fossil fuel usage. In the present study, supercritical water gasification of low rank coal was performed. With increasing reaction temperature, content of combustible gases such as $H_2$ and $CH_4$ in the syngas increased while the $CO_2$ content decreased. As the reaction pressure increased from 210 to 300 bar, the $CO_2$ content in the syngas increased while the hydrocarbon gas content decreased. The $H_2$ and $CH_4$ content in the syngas increased slightly with pressure. With the addition of Pd, Pt, and Ru catalysts, it was possible to improve the production of $H_2$. Moreover, the increase of active metal content in the catalyst increased the $H_2$ productivity. The Ru catalyst shows the best performance for increasing the $H_2$ content in the syngas, while decreasing the $CO_2$ content.
Park, Sang Sun;Jeon, Yukwon;Park, Jong-Man;Kim, Hyeseon;Choi, Sung Won;Kim, Hasuck;Shul, Yong-Gun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.7
no.2
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pp.146-152
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2016
A combined system with PEMFC and reformer is introduced and optimized for the real use of this kind of system in the future. The hydrogen source to operate the PEMFC system is methanol, which needs two parts of methanol reforming reaction and preferential oxidation (PROX) for the hydrogen fuel process in the combined operation PEMFC system. With the optimized methanol steam reforming condition, we tested PROX reactions in various operation temperature from 170 to 270 ℃ to investigate CO concentration data in the reformed gases. Using these different CO concentration, PEMFC performances are achieved at the combined system. Pt/C and Ru promoted Pt/C were catalysts were used for the anode to compare the stability in CO contained gases. The alloy catalyst of PtRu/C shows higher performance and better resistance to CO than the Pt/C at even high CO amount of 200 ppm, indicating a promotion not only to the activity but also to the CO tolerance. Furthermore, in a system point of view, there is a fluctuation in the PEMFC operation due to the unstable fuel supply. Therefore, we also modified the methanol reforming by a scaled up reactor and pressurization to produce steady operation of PEMFC. The optimized system with the methanol reformer and PEMFC shows a stable performance for a long time, which is providing a valuable data for the PEMFC commercialization.
The underpotential deposited Bi on Pt($Bi_{upd}/Pt$) anode for formic acid fuel cells (FAFCs) was developed using multi-layered preparation method for better electrocatalytic utilization of Pt. The electron probe microanalysis (EPMA) result indicated that $Bi_{upd}$ remains through the catalyst layer during stability test. In performance test, the multilayered $Bi_{upd}$ on Pt black showed superior performance by approximately 200 mV at current density of $150mA/cm^2$ compared with PtRu black anode catalyst. Based on preparation condition of $Bi_{upd}/Pt$ black, carbon supported $Bi_{upd}/Pt/C$ electrode was prepared and it showed enhanced performance and stability.
This research project focused on the production of hydrogen through ammonia decomposition reactions while investigating how the reactivity of this process varies when employing different catalysts. Several metal oxide supports (Al2O3, La2O3, CeO2) were utilized as catalysts, with active metals from both the transition metal group (Co, Ni, Fe, Cr, Cu) and the noble metal group (Ru, Rh, Pd, Pt) impregnated onto these supports. Furthermore, the study examined how the reactivity evolves with changes in reaction temperature when employing the prepared catalysts. Additionally, the research delved into the distinctive activation energies associated with each of the catalysts. In this research, In the noble metal catalyst system, the order of high activity for ammonia decomposition reaction to produce hydrogen is Ru > Rh > Pt ≈ Pd. In the transition metal catalyst system, the order of high activity is Co > Ni > Fe > Cr > Cu.
Ihm, Tae-Heon;Jo, Jin-Oh;Hyun, Young Jin;Mok, Young Sun
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.19
no.5
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pp.20-28
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2015
This work investigated the size and shape effect of ${\gamma}$-alumina-supported metal oxides on the hydrocarbon selective catalytic reduction of nitrogen oxides. Several metal oxides including Ag, Cu and Ru were used as the catalysts, and n-heptane as the reducing agent. For the Ag/${\gamma}$-alumina catalyst, the $NO_x$ reduction efficiency in the range of $250{\sim}400^{\circ}C$ increased as the size of Ag decreased (20 nm>50 nm>80 nm). The shape effect of metal oxides on the $NO_x$ reduction was examined with spherical- and wire-shape nanoparticles. Under identical condition, higher catalytic activity for $NO_x$ reduction was observed with Ag and Cu wires than with the spheres, while spherical- and wire-shape Ru exhibited similar $NO_x$ reduction efficiency to each other. Among the metal oxides examined, the best catalytic activity for $NO_x$ reduction was obtained with Ag wire, showing almost complete $NO_x$ removal at a temperature of $300^{\circ}C$. For Cu and Ru catalysts, considerable amount of NO was oxidized to $NO_2$, rather than reduced to $N_2$, leading to lower $NO_x$ reduction efficiency.
Porous carbon nanofibers(CNF) were synthesized via NaOH activation at 700~$900^{\circ}C$, and the porous CNF-supported PtRu catalysts were evaluated for the anode in direct methanol fuel cells. The change of surface characteristics by NaOH activation was examined by analyses of the specific surface area and pore size distribution. The morphological and structural modification was investigated under scanning electron microscopy. The activity of catalysts supported on porous CNFs was examined by cyclic voltammograms and single cell tests. The pore formation on CNF by the NaOH activation was discussed, concerning the catalyst activity, when they were applied as catalyst supports.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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