Development of printable membrane electrode assembly for a passive direct methanol fuel cell-based biosensor
Koiramäki, Vesa (2016)
Koiramäki, Vesa
Metropolia Ammattikorkeakoulu
2016
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016091514294
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016091514294
Tiivistelmä
Opinnäytetyö toteutettiin yhteistyössä mikro- ja nanotekniikan keskuksen kanssa tri Maria Smolanderin tutkimusryhmässä osana Euroopan Unionin FET-ohjelman rahoittamaa Symbiotic-projektia. Symbiotic-projektin lopputavoitteena on kehittää täysin omavarainen sähkökemiallinen biosensori.
Biosensorit ovat tärkeitä diagnostisia työvälineitä tunnistamaan spesifisiä biomerkkiaineita, joita voidaan käyttää henkilön terveydentilan arviointiin. Yleinen ongelma on kuitenkin, että amperometriset biosensorit vaativat sähköä toimiakseen ja siten niiden käyttöetäisyys on rajattu sähkögeneraattorin läheisyyteen. Biosensoriin paikallisesti asennettava tulostettava metanolipolttokenno mahdollistaa kompaktin sähkönlähteen tällaisiin sovellutuksiin.
Opinnäytetyön aiheena oli tulostustekniikkaa hyödyntävän membraani-elektrodikokoonpanoprototyypin kehittäminen ja rakentaminen ilmahengitteiseen suoratoimiseen metanolipolttokennoon. Lisäksi katalyyttikerroksen valmistuksessa käytettävän platina-ruthenium-hiilimusteen (Pt-Ru/C) sopivuuden varmistaminen tulostettavan metanolipolttokennon anodikatalyytiksi.
Musteen katalyysiaktiivisuutta tutkittiin syklisellä voltammetrialla vertaamalla musteen aktiivisuutta puhtaasta hiilimustasta (Vulcan XC-72R) valmistettuun musteeseen sekä aktiivisessa että ei-aktiivisessa elektrolyytissä. Myös suora metanolipolttokennoprototyyppi rakennettiin käyttäen Pt-Ru/C-pohjaista mustetta.
Tulokset tukevat valmistetun musteen sopivuutta passiivin metanolimembraanielektrodikokoonpanon valmistamiseen, toisaalta lisätutkimusta vaaditaan tulostuskomponenttien yhteen liittämiseen kokoonpanossa.
Biosensorit ovat tärkeitä diagnostisia työvälineitä tunnistamaan spesifisiä biomerkkiaineita, joita voidaan käyttää henkilön terveydentilan arviointiin. Yleinen ongelma on kuitenkin, että amperometriset biosensorit vaativat sähköä toimiakseen ja siten niiden käyttöetäisyys on rajattu sähkögeneraattorin läheisyyteen. Biosensoriin paikallisesti asennettava tulostettava metanolipolttokenno mahdollistaa kompaktin sähkönlähteen tällaisiin sovellutuksiin.
Opinnäytetyön aiheena oli tulostustekniikkaa hyödyntävän membraani-elektrodikokoonpanoprototyypin kehittäminen ja rakentaminen ilmahengitteiseen suoratoimiseen metanolipolttokennoon. Lisäksi katalyyttikerroksen valmistuksessa käytettävän platina-ruthenium-hiilimusteen (Pt-Ru/C) sopivuuden varmistaminen tulostettavan metanolipolttokennon anodikatalyytiksi.
Musteen katalyysiaktiivisuutta tutkittiin syklisellä voltammetrialla vertaamalla musteen aktiivisuutta puhtaasta hiilimustasta (Vulcan XC-72R) valmistettuun musteeseen sekä aktiivisessa että ei-aktiivisessa elektrolyytissä. Myös suora metanolipolttokennoprototyyppi rakennettiin käyttäen Pt-Ru/C-pohjaista mustetta.
Tulokset tukevat valmistetun musteen sopivuutta passiivin metanolimembraanielektrodikokoonpanon valmistamiseen, toisaalta lisätutkimusta vaaditaan tulostuskomponenttien yhteen liittämiseen kokoonpanossa.