燃料電池における酸素減少のための高活性面を持つ構造的に秩序付けられた金属間ナノ粒子
Guang Feng1, Fanghua Ning1, Yue Pan2
1Beijing Key Laboratory of Theory and Technology for Advanced Batteries Materials, School of Materials Science and Engineering, Peking University, Beijing 100871, P. R. China.
Journal of the American Chemical Society
|May 10, 2023
まとめ
構造的に秩序付けられた高エントロピーインターメタリック (HEI) ナノ粒子は,酸素還元反応 (ORR) と燃料電池で例外的な性能を示しています. これらの新しい触媒は,高度なエネルギー変換技術のために非常に高い活性と耐久性を提供します.
科学分野:
- 材料科学
- 電気化学
- ナノテクノロジー
- エネルギー変換
背景:
- 高エントロピーの固体溶液合金は,エネルギー変換に重要な関心があります.
- 構造的に秩序付けられた高エントロピー型金属間ナノ粒子 (HEI) は電気触媒で十分に研究されていない.
- 効率的な電気触媒の開発は燃料電池技術の進歩に不可欠です.
研究 の 目的:
- 構造的に秩序付けられたHEIナノ粒子 (NP) を合成し,特徴づけること.
- これらのHEI NPの酸素還元反応 (ORR) の電解性能を評価する.
- H2/O2燃料電池におけるHEI NPの性能を評価する
主な方法:
- 平均直径6nmのPtIrFeCoCu HEI (PIFCC-HEI) NPを合成する.
- 原子解像度エネルギー分散スペクトロスコピー (EDS) マッピングを使用して原子構造の特徴づけ.
- ORRの活性と耐久性を電気化学的にテストし,燃料電池の性能評価を行う.
- 構造と性質の関係を理解するための理論的計算
主要な成果:
- PIFCC-HEI NPsは,オーダーされたインターメタリック構造を示します.
- PIFCC-HEI/Cは,非常に高いORR質量活動 (0.85Vで7.14A貴金属-1) と,特別な耐久性 (>60,000サイクル) を達成しました.
- PIFCC-HEI/Cをカソッドとして使用した燃料電池は,超高ピーク電力密度 (1.73 W cm-2) と安定した動作 (>80 h) を示した.
結論:
- 構造的にオーダーされたHEINPは,ORRと燃料電池の最高レベルのパフォーマンスを示しています.
- 優れた性能は,特にORR運動と電子構造を最適化する (001) 側面に起因する.
- この研究は,HEI NPsを実用的な燃料電池とエネルギーアプリケーションの有望な触媒として強調しています.


