从液体半细胞试验中对催化剂耐用性的现实预测
Timo Imhof1, Roberta K F Della Bella2, Björn M Stühmeier2
1Technical University of Darmstadt, Peter-Grünberg-Strasse 10, 64287 Darmstadt, Germany. timo.imhof@tu-darmstadt.de.
Physical chemistry chemical physics : PCCP
|July 20, 2023
概括
液体半电池测试可以预测膜电极组件 (MEAs) 中的电催化剂耐用性. 在80°C的旋转磁盘电极 (RDE) 上进行的加速应力测试 (AST) 与高离子体/碳比率显示了与MEA配置相似的结果,使得有效的催化剂稳定性预测成为可能.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 液体半电池测量对于评估电催化剂很方便,但它们对现实世界膜电极组件 (MEA) 系统的适用性,特别是在加速应力测试 (AST) 期间,由于降解机制不同,仍然不清楚.
- 从更简单的液体半细胞试验中预测MEA中的催化剂耐用性是非常理想的,因为MEA测试在时间,设备和材料要求方面具有苛刻的性质.
研究的目的:
- 调查液体半电池旋转盘电极 (RDE) 测量的适用性,以预测聚合物电解质膜燃料电池在加速应力测试 (AST) 条件下的电催化剂稳定性.
- 为了比较RDE半电池中/火山 (Pt/Vulcan) 催化剂在电压循环AST下的降解行为,与MEA配置相比.
主要方法:
- 结合电化学分析与传输电子显微镜 (TEM) 进行纳米粒子表征.
- 在室温和80°C的RDE半电池中,在Pt/Vulcan催化剂上进行电压循环AST,具有不同的离子体/碳 (I/C) 质量比 (具体I/C=0.7).
- 将RDE结果与在相同的温度和I / C比率条件下MEA配置的数据进行比较.
主要成果:
- 与室温相比,Pt/Vulcan催化剂的电化学活性表面积 (ECSA) 损失在80°C时显著增加,与增加的纳米粒子粗化相关.
- 高离子体/碳质量比 (I/C = 0.7) 加快了ECSA损失,可能是由于高局部质子度和吸附离子.
- 在80°C和I/C = 0.7的RDE半细胞和MEA配置中,ECSA损失与AST周期数几乎相同,验证了RDE方法.
结论:
- 液体电解质半电池AST,特别是RDE测量,可以提供MEA中电催化剂稳定性的应用相关预测.
- 本研究展示了使用RDE实验预测MEA中的催化剂耐用性的方法,这些实验需要更少的专业设备和最小的催化剂材料 (微克数量).
- 在半电池中优化测试条件 (例如温度,I/C比) 对于准确的耐用性预测至关重要.
