作者:卜叶 来源:中国科学报 发布时间:2021/8/16 13:47:19
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科学家实现高稳定性仿生排水纳米槽膜电极制备

 

近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员侯明、邵志刚团队与美国纽约州立大学布法罗分校教授武刚团队合作,在质子交换膜燃料电池低铂膜电极研究方面取得新进展,设计并制备了具有仿生结构的低铂纳米纤维电极,该电极显著提高了燃料电池水管理能力和电极稳定性。相关研究成果发表在《应用催化B:环境》上。

质子交换膜燃料电池具有能量转化效率高、低温启动速度快、环境友好等优点,是清洁能源技术的研究热点。膜电极是燃料电池的核心部件,是实现化学能—电能转换的场所。但是,传统膜电极铂用量高、稳定性差等因素限制了燃料电池的商业化应用。

在前期低铂膜电极工作的基础上,合作团队制备了具有仿生结构的自支撑式的纳米槽催化层,并将其作为质子交换膜燃料电池的阴极。利用环境扫描电镜,该研究首次在线观察到燃料电池的产物水在纳米槽电极和传统铂碳(Pt/C)电极中的形成和输运过程,证明了该电极具有与禾本科植物类似的排水机制,验证了纳米槽电极优异的水管理能力。此外,在铂担量为42微克/平方厘米时,纳米槽电极的阴极质量比功率密度达到每毫克铂22.26瓦,是传统Pt/C电极的1.27倍。低铂纳米槽电极在加速衰减实验过程中表现出良好的稳定性,克服了传统Pt/C电极所面临的Pt纳米颗粒的老化、碳载体腐蚀及聚合物离子导体的失效,以及由此产生的催化层结构坍塌等问题,为膜电极结构设计提供了一条新思路。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120504

 
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