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Updated: Mar 9, 2026
Hydrogen Production and Utilization in a Membrane Reactor
Published on: March 10, 2023
集成与单个 Pt 位点的动态缓冲器,以提高高温质子交换膜燃料电池的耐用性
Yabin Xu1, Jing Tian2, Li Wang1
1State Key Laboratory of Chemo and Biosensing, College of Chemistry and Chemical Engineering, International Joint Lab of Energy Electrochemistry of the Ministry of Education, Hunan University, Changsha 410082, China.
一种新型的催化剂,Pt1/Co@N-C,在启动/关闭周期中增强了高温质子交换膜燃料电池 (HT-PEMFC) 的耐用性. 这种先进的阳极催化剂有效缓冲,大大提高了对电流逆转的抵抗力,并延长了运行寿命.
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:
- 质子交换膜燃料电池 (PEMFC),特别是高温变体 (HT-PEMFC),由于电流逆转,在启动/关闭 (SU/SD) 周期期间遭受性能降低.
- 现有的缓解策略往往会增加系统的复杂性和成本.
研究的目的:
- 为HT-PEMFCs开发一种耐用且具有成本效益的阳极催化剂,以提高膜电极组件 (MEA) 在SU/SD条件下的耐用性.
- 调查封装纳米粒子在减轻电流逆转中的作用.
主要方法:
- 一种新型催化剂的合成:由石墨烯层支持单个原子 (Pt1/Co@N-C) 封装的纳米粒子.
- 催化剂的氧化反应 (HOR) 和氧减少反应 (ORR) 活性的电化学表征.
- 在模拟的SU/SD循环和燃料饥饿条件下评估MEA性能和耐用性.
主要成果:
- 具有超低Pt负荷 (35μgPt cm-2) 的Pt1/Co@N-C催化剂显示了与Pt/C相似的HOR活性,但抑制了ORR活性.
- 封装的Co纳米粒子具有fcc晶体结构,作为有效的缓冲器,储存/释放H2以抵抗电流逆转.
- 使用Pt1/Co@N-C的HT-PEMFC实现了555mW cm-2的峰值功率密度和54μV h-1的稳定性.
- 催化剂显著提高了电流逆转的阻力,将其延长到50分钟,而在燃料饥饿下,Pt/C的时间为2分钟.
结论:
- Pt1/Co@N-C催化剂为开发HT-PEMFCs的低Pt负载,高耐久性阳极催化剂提供了一个有希望的策略.
- 封装的Co纳米颗粒的独特的缓冲能力是提高MEA在具有挑战性的SU/SD操作期间耐用性的关键.
- 这项工作提出了一种创新的方法来克服HT-PEMFC中的性能退化问题,为更强大的燃料电池系统铺平了道路.
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