アニオン交換膜燃料電池における強化された質量輸送のためのチューリングパターンの触媒-イオノマーアーキテクチャ

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 化学工学

背景:

• アニオン交換膜燃料電池 (AEMFC) はクリーンエネルギーにとって不可欠ですが,それらの触媒層 (CL) は,湿度によって安定性に問題があります.
• 従来のCLは,イオノマーをランダムに分散させ,輸送問題を引き起こし,三相インターフェースの有効性を制限します.

研究 の 目的:

• AEMFCの環境適応性と性能を改善した先進的なCLを作成するための分子工学戦略を開発する.
• 燃料電池の性能を向上させるため,従来のイオノマー分布の限界を解決する.

主な方法:

• チューリングパターンのイオノマーネットワークを構築するために,精密に制御されたクロスリンク化学を含む分子工学戦略を使用した.
• トランスミッション電子顕微鏡 (TEM) と原子力顕微鏡 (AFM) を含む高度なマイクロ構造的特徴化技術を使用した.
• 理論モデルと電気化学診断を組み合わせて,輸送特性と性能を分析する.

主要な成果:

• 周期的なナノチャネル (~8 nm 幅) を有するペンダントクロスリンクアーキテクチャを成功裏に形成し,強化されたイオン,水,O2 トランスポートを示した.
• 従来のCLと比較して,質量輸送に対する抵抗性が低下し,単細胞耐久性が向上した.
• 低相対湿度条件下で1.39Wcm−2の記録的な高峰電力密度を達成した.

結論:

• チューリングパターンのイオノマーネットワークは,特に低湿度条件下で,AEMFCの運用安定性と性能を向上させるための有望な解決策を提供します.
• この設計されたCLアーキテクチャは,輸送のボトルネックを効果的に克服し,より効率的で耐久性の高いAEMFCへの道を開きます.