Diseño de ensamblaje de electrodos de membrana con espinas de hemo inspirado en células naturales para células de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) requieren conjuntos de electrodos de membrana (MEA) altamente eficientes y duraderos.
• La baja densidad de potencia y la longevidad en los actuales MEAs basados en platino (Pt) están limitadas por la mala transferencia de masa y la cinética lenta de la reacción de reducción de oxígeno (ORR), especialmente a una carga Pt ultra baja.
• El desarrollo de estrategias para superar estas limitaciones es crucial para la aplicación generalizada de la PEMFC.

Objetivo del estudio:

• Introducir una estrategia de cofactor hemo para crear una
• cadena de transferencia de protones respiratorios
• para mejorar el rendimiento de la PEMFC.
• Mejorar la actividad catalítica de los catalizadores Pt y la eficiencia de transferencia de masa de los MEAs.
• Para lograr una mayor densidad de potencia y longevidad en los PEMFC, especialmente a bajas cargas de Pt.

Principales métodos:

• Inspirado en la hemoglobina, se integró un cofactor hemo multifuncional con grupos carboxilo y Fe2+ con catalizadores Pt (Pt/C, Pt/C, PtCo).
• La estrategia del cofactor hemo fue implementada para crear un
• cadena de transferencia de protones respiratorios
• dentro de los MEAs.
• Se evaluaron las métricas de rendimiento, incluida la densidad de potencia pico (PPD) y la actividad de masa (MA), para los MEAs estimulados por Heme.

Principales resultados:

• Las EMEs de tipo Pt estimuladas por hemo mostraron un aumento significativo de la PPD (50109%) y de la AM en comparación con los controles.
• Un MEA basado en PtCo con una baja carga de Pt de 0,1 mg Pt cm2 logró PPDs récord de 3,8 W cm2 (H2O) y 1,9 W cm2 (H2aire).
• El MEA desarrollado demostró un funcionamiento estable a 1,5 A cm^-2 durante más de 50 días (1250 h) con una retención de MA del 93%.

Conclusiones:

• La estrategia del cofactor hemo es un enfoque universal y eficiente para impulsar el rendimiento de la PEMFC.
• Esta estrategia mejora efectivamente tanto la actividad catalítica de Pt como la eficiencia de la transferencia de masa en los MEAs.
• Los resultados ponen de relieve el potencial de la estrategia del cofactor hemo para aplicaciones prácticas y de alto rendimiento de pilas de combustible.