Ionomeros porosos basados en un marco orgánico covalente para pilas de combustible de alto rendimiento

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Se requieren altas cargas de platino (Pt) para las pilas de combustible eficientes, pero esto aumenta el costo.
• La resistencia al transporte de masa cerca de las superficies del catalizador limita el rendimiento de la pila de combustible.
• La optimización del microambiente de la capa catalizadora es crucial para mejorar la densidad de potencia y la durabilidad.

Objetivo del estudio:

• Reducir las cargas de platino en las pilas de combustible manteniendo una alta densidad de potencia y durabilidad.
• Para adaptar el microambiente de tres fases de los catalizadores de celdas de combustible.
• Para mejorar el transporte de protones y oxígeno dentro de la capa catalizadora.

Principales métodos:

• Incorporación de nanohojas de marco orgánico covalente iónico (COF) en el ionómero de Nafion.
• Optimización de las propiedades del ionómero para mejorar el microambiente.
• Caracterización de las aberturas mesoporosas y distribución del grupo sulfonato.
• Prueba del rendimiento de las pilas de combustible con capas de catalizador adaptadas.

Principales resultados:

• El ionomero a medida con nanohojas de COF facilitó la transferencia de protones y la permeación de oxígeno.
• La actividad de masa de Pt aumentó 1,6 veces.
• La densidad de potencia máxima de la pila de combustible aumentó 1,6 veces.
• La estrategia resultó eficaz con varias cargas de Pt y catalizadores comerciales.

Conclusiones:

• Las nanohojas de marco orgánico covalente iónico (COF) optimizan efectivamente el microambiente del catalizador de la pila de combustible.
• Este enfoque permite una reducción significativa de la carga de platino sin sacrificar el rendimiento.
• La estrategia desarrollada ofrece un camino hacia pilas de combustible más rentables y eficientes.