双金属MOF衍生碳与单个Pt定C4原子组构建超级燃料电池具有超高功率密度和自我改变能力
Lulu Chai1, Jinlu Song1, Anuj Kumar1,2
1State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering, College of Chemistry, Beijing University of Chemical Technology, Beijing, 100029, China.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|November 15, 2023
概括
一种新型的超级燃料电池 (SFC) 在多孔碳纳米棒上使用单原子催化剂,以提高功率密度. 这一突破为燃料电池 (FC) 提供了更高的性能和更长的放电时间,减少了的使用.
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
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 开发高性能燃料电池 (FC) 需要克服在低催化剂负载下实现高功率密度的挑战.
- 传统的FC经常面临由于缓慢的氧减少反应 (ORR) 的限制.
研究的目的:
- 提出一种新的超级燃料电池 (SFC) 设计,实现超高输出功率.
- 开发和描述一种用于增强FC性能的新型催化剂.
主要方法:
- 在双金属金属有机框架 (MOF) 上合成单原子 (PtSA/HPCNR).
- 使用X射线吸收细结构 (XAFS) 和偏差校正高角度环状暗场扫描传输电子显微镜 (HAADF-STEM) 调查催化剂的结构和特性.
- 与商业Pt/C催化剂相比,电化学性能评估,包括短暂的特定功率密度和放电时间.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以了解催化机制.
主要成果:
- 基于PtSA/HPCNR的SFC显示了3.4倍更高的短暂特异功率密度和13.3倍更长的放电时间,相比20%的Pt/C的FC.
- 催化剂表现出独特的现场自我充电和储能能力.
- 证实了Pt单个原子和碳缺陷之间的协同效应,以促进电子转移,ORR活动,耐用性和速率性能.
- 确定了一个快速的"ORR+EDLC"平行放电机制,克服了传统FC的缓慢ORR限制.
结论:
- 开发的PtSA/HPCNR催化剂使得新的超级燃料电池 (SFC) 能够显著提高功率密度和能量储存能力.
- 这种方法为提高FC功率密度提供了一个有希望的途径,同时大幅减少金负载.
- 这项研究强调了定在缺陷丰富的碳材料上的单原子催化剂对于下一代能源设备的潜力.
