การเคลือบแพลทินัมแบบไม่ใช้ไฟฟ้าบนเมมเบรนฐานไคโตซานสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Abstract

งานวิจัยนี้ได้เตรียมเมมเบรนคอมโพซิตไคโตซาน-ซีโอไลต์ทั้งในแบบเชื่อมขวางและไม่เชื่อมขวางเพื่อประยุกต์ใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ชนิดของเมมเบรนที่ศึกษาได้แก่ เมมเบรนไคโตซาน เมมเบรนคอมโพซิตไคโตซาน – ซีโอไลต์ เมมเบรนเชื่อมขวางไคโตซาน เมมเบรนเชื่อมขวางคอมโพซิตไคโตซาน – ซีโอไลต์ และเมมเบรนเชื่อมขวางคอมโพซิตไคโตซาน – ซีโอไลต์โดปด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริก โดยใช้ไคโตซานที่มีร้อยละการกำจัดหมู่แอซีทิลเท่ากับ ร้อยละ 90.0±5.0 การเชื่อมขวางเมมเบรนใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อยละ 4 โดยน้ำหนัก การโดปเมมเบรนใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อยละ 2 โดยน้ำหนัก และเติมซีโอไลต์ชนิดเอในอัตราส่วนร้อยละ 10 ถึง 30 โดยน้ำหนักของไคโตซาน ทดสอบสมบัติต่างๆของเมมเบรนได้แก่ ความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออน ค่าการซึมผ่านแก๊สไฮโดรเจน ค่าการนำโปรตอนและความสามารถในการทนต่อแรงดึง พบว่าเมื่อปริมาณซีโอไลต์เพิ่มขึ้นความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนและค่าการนำโปรตอนมีค่าเพิ่มขึ้น แต่ค่าการซึมผ่านแก๊สไฮโดรเจนและความสามารถในการทนต่อแรงดึงมีค่าลดลง งานวิจัยนี้ได้เตรียมหน่วยเมมเบรนและอิเล็กโทรด (Membrane Electrode Assembly; MEA) โดยการเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมลงบนผิวเมมเบรนโดยตรงด้วยเทคนิคการเคลือบแบบไม่ใช้ไฟฟ้าและทดสอบค่าการนำโปรตอนของเมมเบรนที่ทำการเคลือบแพลทินัม พบว่าภาวะที่เหมาะสม คือ การเคลือบที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส นาน 90 นาที โดยใช้เมมเบรนเชื่อมขวางคอมโพซิตไคโตซาน–ซีโอไลต์ร้อยละ 20 ค่าการนำโปรตอนในแนวระนาบของเมมเบรนชนิดนี้ ณ อุณหภูมิห้องมีค่าเท่ากับ 0.029±0.005 ซีเมนส์ต่อเซนติเมตร เพิ่มขึ้นเป็น 0.104±0.003 ซีเมนส์ต่อเซนติเมตร เมื่อโดปด้วยสารละลายกรด และเพิ่มขึ้นเป็น 0.178±0.043 ซีเมนส์ต่อเซนติเมตร เมื่อเคลือบแพลทินัมลงบนเมมเบรน แต่ค่าการนำโปรตอนในแนวภาคตัดขวางของ MEA ที่เตรียมจากเมมเบรนชนิดนี้มีค่าเพียง 0.003±0.001 ซีเมนส์ต่อเซนติเมตร หรือมีค่าเท่ากับ 0.009±0.0 ซีเมนส์ต่อเซนติเมตร เมื่อใช้เมมเบรนโดปสารละลายกรด สมรรถนะเซลล์เชื้อเพลิงเดี่ยวของเมมเบรนชนิดนี้ที่อุณหภูมิ 60 oC และค่าศักย์ไฟฟ้า 0.5 โวลต์ ให้ค่าความหนาแน่นกระแสเท่ากับ 0.8 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร หรือมีค่าเท่ากับ 2.8 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร เมื่อใช้เมมเบรนโดปสารละลายกรด