PEM水の電解と緩和のスタートアップ-シャットダウン時のキャソード劣化に関する機械的洞察 半埋め込みPt/CeO_xを介して緩和

科学分野:

• 電気化学 電気化学について
• マテリアルサイエンス 材料科学
• カタリシス カタリシス カタリシス

背景:

• 陽子交換膜水電解 (PEMWE) は,グリーン水素生産の鍵です.
• 起動・シャットダウンサイクル中のカソド触媒の劣化は,PEMWEの耐久性にとって重要な課題です.
• Pt/Cのような既存の商用触媒は,現実的な運用条件下では,大幅な性能損失を示しています.

研究 の 目的:

• PEMWEにおける商用Pt/Cカトド触媒の分解メカニズムを,起動-シャットダウンサイクルの下で調査する.
• PEMWEアプリケーションの耐久性を向上した新しい触媒の開発と評価.
• 触媒構造,金属支柱相互作用,分解抵抗の関係を解明する.

主な方法:

• シミュレートされた起動-シャットダウン条件下での電解剤耐久性の電気化学的評価.
• サイクリング中のカソドポテンシャル進化のインサイトモニタリング.
• 降解経路を特定するために,分解した触媒 (Pt/C) の死後の特徴付け.
• 半埋め込みPt構造を持つ新しいPt/CeOx触媒の合成と特徴付け.
• Pt/CeOx触媒の性能と耐久性の試験は,3電極セットアップと電解機で実施されます.

主要な成果:

• スタートアップ・シャットダウンサイクルは,Pt/C触媒の深刻な劣化を引き起こし,主にPtアグロメレーションと炭素支柱の腐食が原因で,H2の枯渇中に高カソドポテンシャル (∼1.0V vs RHE) によって引き起こされます.
• 開発されたPt/CeOx触媒は,強いPt-CeOx金属支柱相互作用を示し,酸化抵抗性を高め,Pt粒子の増殖を抑制しています.
• Pt/CeOxは,水素進化反応 (27 mV overpotential at 100 mA cm−2) と優れた耐久性に対する優れた活性を示しています.
• エレクトロライザー試験では,超低負荷 (0.05 mgPt cm−2) のPt/CeOxは,600時間以上で8.3μV h−1の分解率を示し,Pt/C (117 μV h−1) よりも10倍以上優れている.

結論:

• スタートアップ・シャットダウンサイクルは,以前は過小評価されていたPEMWEカトドの重要な分解経路を表しています.
• Pt/CeOxの半埋め込みのPt構造は,触媒の安定性と酸化に対する耐性を高めることで,分解を効果的に軽減します.
• 開発されたPt/CeOx触媒は,厳格な性能目標を達成し,PEMWEを通じて持続的で効率的なグリーン水素生産を達成するための有望な戦略を提供します.