设计用于燃料电池的自然细胞启发的血质膜电极组件

科学领域:

• 材料科学
• 电化学
• 化学工程

背景情况:

• 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 需要高效且耐用的膜电极组件 (MEAs).
• 目前以 (Pt) 为基础的MEA的低功率密度和寿命受到质量转移不良和氧降解反应 (ORR) 动力学缓慢的限制,特别是在超低的Pt负载下.
• 制定克服这些局限性的战略对于广泛实施PEMFC至关重要.

研究的目的:

• 引入一个Heme-cofactor策略,
• 呼吸过程中的质子转移链
• 为了提高PEMFC的性能.
• 提高Pt催化剂的催化活性和MEAs的质量转移效率.
• 在PEMFC中实现更高的功率密度和寿命,特别是在低Pt负载下.

主要方法:

• 在血红蛋白的启发下,将多功能合因子 (含有碳素和Fe2+组) 与Pt催化剂 (Pt/C,Pt₃Co/C,PtCo) 集成.
• 实行了血红系因子策略,以创建一个
• 呼吸过程中的质子转移链
• 在MEA中.
• 评估了包括峰值功率密度 (PPD) 和质量活性 (MA) 在内的表现指标.

主要成果:

• 与对照组相比,Pt类型的血红刺激性MEA显著增强了PPD (50109%) 和MA.
• 基于PtCo的MEA具有0.1 mg_Pt cm^{-2的低Pt负荷,实现了3.8 W cm-2 (H₂-O₂) 和1.9 W cm-2 (H₂-空气) 的记录PPD.}
• 开发的MEA在1. 5A cm^-2下稳定运行超过50天 (1250小时),MA保持率为93%.

结论:

• 血红系因子策略是提高PEMFC性能的一种普遍而有效的方法.
• 这一策略有效地提高了MEA中的Pt催化活性和质量转移效率.
• 这些结果突显了合因子策略在实用和高性能燃料电池应用中的潜力.