29. augustil kell 12.15 kaitseb Kaarel Kisand doktoritööd „Resorcinol-derived carbon-based catalysts for polymer electrolyte fuel cell cathodes“ („Resortsinoolist valmistatud süsinikupõhised katalüsaatorid polümeerelektrolüüt-kütuseelementide katoodidele“).
Juhendajad:
kaasprofessor Ave Sarapuu, Tartu Ülikool
professor Kaido Tammeveski, Tartu Ülikool
Oponent:
Justus Masa, Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion (Saksamaa)
Kokkuvõte:
Euroopa Komisjoni ettepanek vesiniku kasutuselevõtuks on kiirendanud vesinikutehnoloogiate arengut, et liikuda kestlike energialahenduste poole. Polümeerelektrolüüt-kütuseelemendid, mis kasutavad kütusena vesinikku, on sobivaks energiaallikaks erinevate rakenduste jaoks, sealhulgas autotööstuses, merenduses ja varutoitena. Hoolimata edusammudest kütuseelemendi tehnoloogias on nende kasutuselevõtt võrreldes akudega olnud aeglasem, mille üheks põhjuseks on kütuseelementides katalüsaatorina kasutatava plaatina nappus ja kõrge hind. Probleemi lahendamiseks keskendub doktoritöö väärismetallivabade hapniku redutseerumisreaktsiooni elektrokatalüsaatorite arendamisele kütuseelemendi katoodi jaoks. Töö eesmärk on töötada välja sünteesimeetodeid katalüsaatorite valmistamiseks pürolüüsi teel, kasutades süsiniku lähteainena alküülresortsinoole. Varieeriti sünteesitingimusi ja optimeeriti lähteainete suhteid, et saavutada kõrgeim hapniku redutseerumise elektrokatalüütiline aktiivsus. Lisaks uuriti süsinikmaterjali poorse struktuuri mõju kütuseelemendi jõudlusele, kasutades sünteesiprotsessis magneesiumipõhiseid matriitse. Katalüsaatoreid iseloomustati põhjalikult füüsikalis-keemiliste meetoditega, et mõista nende struktuuri ja elektrokatalüütilise aktiivsuse vahelisi seoseid. Katalüsaatorite elektrokeemilist aktiivsust testiti pöörleva ketaselektroodi või pöörleva rõngas-ketaselektroodi meetodil ning sünteesitud materjale kasutati katoodkatalüsaatoritena nii anioonivahetusmembraaniga kui ka prootonivahetusmembraaniga kütuseelementides. Doktoritöö püüti lahendada plaatina nappusega seonduvat probleemi, arendades väärismetallivabasid katalüsaatoreid, mis võimaldaksid kütuseelementide laiemat kasutuselevõttu.