燃料電池のための天然細胞インスピレーションのヘムスプーン膜電極装置の設計

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 化学工学

背景:

• 陽子交換膜燃料電池 (PEMFC) は,高効率で耐久性の高い膜電極組成 (MEA) を要求する.
• 現在のプラチナ (Pt) ベースのMEAの低電力密度と長寿命は,特に超低Pt負荷では,質量移転が悪く,酸素還元反応 (ORR) の運動が遅いため制限されています.
• これらの制限を克服するための戦略の開発は,PEMFCの広範な実施に不可欠です.

研究 の 目的:

• ヘム・コファクター戦略を導入し,
• 呼吸器による陽子伝達鎖
• PEMFCの性能を向上させるため
• Pt触媒の触媒活性とMEAの質量移転効率を改善する.
• 特に低Pt負荷で,より高い電力密度と長寿を達成する.

主な方法:

• ヘモグロビンからインスピレーションを得て,カルボキシルとFe2+群を備えた多機能ヘム共因子をPt触媒 (Pt/C,Pt₃Co/C,PtCo) と統合した.
• ヘム・コファクター戦略は
• 呼吸器による陽子伝達鎖
• MEAの範囲内にある
• ピーク電力密度 (PPD) と質量活動 (MA) を含む性能指標は,ヘム刺激によるMEAについて評価された.

主要な成果:

• ヘム刺激によるPt型MEAは,対照群と比較してPPD (50~109%) とMAの有意な増加を示した.
• PtCoベースのMEAは,Pt負荷が0.1mg_Ptcm^-2のPPDを3.8W cm^-2 (H₂-O₂) と1.9W cm^-2 (H₂-空気) と記録しました.
• 開発されたMEAは93%のMA保持率で50日 (1250時間) 以上で安定した動作を示した.

結論:

• ヘムコファクター戦略は,PEMFCのパフォーマンスを高めるための普遍的で効率的なアプローチです.
• この戦略は,MEAにおけるPt触媒活動と質量移転効率の両方を効果的に高めます.
• この結果は,実用的で高性能な燃料電池アプリケーションにおけるヘムコファクター戦略の可能性を強調しています.