激光写入的质子交换膜可提高燃料电池的性能和稳定性
Jianuo Chen1,2, Xuekun Lu3, Lingtao Wang4
1Department of Chemical Engineering, Electrochemical Innovation Lab, University College London, London, UK.
Nature communications
|December 31, 2024
概括
皮秒激光切割通过优化三相接口来增强高温质子交换膜燃料电池 (HT-PEMFCs). 这种方法减轻了酸浸出,提高了性能和耐用性.
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
- 能源转换 能源转换
背景情况:
- 高温质子交换膜燃料电池 (HT-PEMFC) 与低温PEMFC相比,具有优势,包括更好的水资源管理和燃料灵活性.
- 对于HT-PEMFCs来说,关键的挑战包括酸 (PA) 浸出和催化剂迁移,这会降低膜电极组件 (MEA) 的性能并降低性能.
- 稳定三相接口对于提高HT-PEMFC的效率和寿命至关重要.
研究的目的:
- 调查使用皮秒激光切割来修改HT-PEMFC中的PA合膜.
- 通过优化三相接口和减轻PA漏,提高HT-PEMFC的性能和耐用性.
- 为如何激光诱导的修改影响MEA内的电化学过程提供了机械的理解.
主要方法:
- 使用皮秒激光切割对PA合膜的修改,专注于阴极侧.
- 改造的HT-PEMFC的性能测试,包括加速应力测试,以评估耐用性.
- 开发和应用3D多物理模型,由X射线微型计算机断层扫描数据提供信息,以分析电化学过程.
主要成果:
- 膜表面的激光诱导的类似石墨烯的结构有效地减轻了PA出.
- 修改后的HT-PEMFC显示显著提高性能,在应力测试后达到817.2mW cm−2的峰值功率密度.
- 与未经处理的膜相比,峰值功率密度增加了58.2%,这表明耐用性和稳定性得到了改善.
结论:
- 皮秒激光切割是一种可扩展和有效的方法,用于稳定HT-PEMFC膜.
- 激光处理所产生的优化的三相接口导致燃料电池性能和寿命的大幅改善.
- 这项研究为燃料电池中先进的膜技术的激光修饰背后的机制提供了宝贵的见解.
