高效且持久的阳极催化剂层用可变形空心IrO_x纳米球在低PEM水电解器中构建

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 催化剂是一种催化剂.

背景情况:

• 降低负荷是具有成本效益的质子交换膜水电解器 (PEMWE) 的关键.
• 降低密度的传统方法往往会损害催化剂层的稳定性和质量传输.

研究的目的:

• 为PEMWE开发一种新的催化剂架构,使得的包装密度超低.
• 为了保持高的催化活性和耐用性在阳极催化剂层在降低的负载.

主要方法:

• 合成可变形的空心氧化纳米球 (dh-IrO_x) 使用硬模板方法与SiO₂纳米球.
• 优化dh-IrO_x腔体尺寸和外厚度,以提高机械弹性.
• 使用工程 dh-IrO_x 架构的阳极催化剂层的制造和测试.

主要成果:

• 实现了超低的密度 (20%的传统纳米粒子电极).
• 通过各种电极制造应力证明了dh-IrO_x的优良机械稳定性.
• 设计的阳极催化剂层表现出高的电化学活性表面积和高效的电子/质量传输.
• 实现了高的PEMWE性能 (在80°C时1 A cm-2 @1.60 V和2 A cm-2 @1.75 V).
• 展示了卓越的运行耐用性,在3000小时内电压损失<1.5%.

结论:

• 可变形的空心IrO_x纳米圈提供了一种可行的策略,可以显著减少PEMWE中的负荷.
• dh-IrO_x的结构工程克服了与传统低密度电极相关的性能限制.
• 这种方法通过优化的催化剂架构实现了成本效益和持久的PEMWE运行.