高性能プロトン交換膜燃料電池に向けたイオノメアの最適化による三相微環境改変
Jie Li1, Qianli Ma1, Shuda Dong1
1Beijing Key Laboratory of Photoelectronic/Electrophotonic Conversion Materials, Key Laboratory of Cluster Science, Ministry of Education, Advanced Technology Research Institute (Jinan), Frontiers Science Center for High Energy Material, School of Chemistry and Chemical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China. fengxiao86@bit.edu.cn.
燃料電池の触媒層のイオノマー構造を最適化することで,質量輸送を改善することにより,酸素還元反応の効率を高める. この研究は,水素燃料電池技術の進歩に不可欠な,より良いイオノマー設計のための戦略をレビューします.
科学分野:
- 電気化学と材料科学
- エネルギー変換技術
背景:
- 陽子交換膜燃料電池 (PEMFC) はクリーンエネルギーの鍵であり,酸素還元反応 (ORR) の効率は性能にとって重要です.
- 触媒層の三相境界 (TPB) の質量輸送の制限はORR運動を阻害し,プラチナ (Pt) の利用に影響する.
- 現在の線形イオノマーは導電性ですが,酸素輸送と水管理を妨げています.
研究 の 目的:
- PEMFC触媒層のイオノマー内の輸送機構 (陽子,水,ガス) を検討する.
- 触媒活動と微小環境の分析のための高度な特徴化技術を強調する.
- 燃料電池の性能を向上させるために,イオノマー-触媒のインターフェースを最適化するための新しい戦略を探求する.
主な方法:
- イオノマーにおける基本的な輸送現象の見直し
- 触媒層 (CL) の特徴づけ方法の分析
- 構造的に設計されたイオノマーと触媒層の設計の合成と評価.
主要な成果:
- イオノマー構造を調整することで,ORRのためのマイクロ環境を大幅に最適化します.
- オープンフレームのイオノマーは優れた質量輸送特性を示しています.
- 構造的なイオノマー調節と合理的なCL設計により,Pt利用と燃料電池の活性が向上する.
結論:
- PEMFCにおける大量輸送の制限を克服するために,最適化されたイオノマー設計は不可欠です.
- 先進的なイオンマー,特にオープンフレームタイプは,燃料電池の効率と耐久性を改善することを約束します.
- イオノマーメカニズムと材料に関するさらなる研究は,水素燃料電池の商業化を加速させるでしょう.
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