開發(fā)低鉑用量，高效且耐用的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)催化劑，這對于降低PEMFC整體成本至關(guān)重要。在此，開發(fā)了超低鉑負載(1 wt%)多孔碳催化劑，用于高性能PEMFC，該多孔碳具有可控的通道直徑(Dch = 13–63nm)，由嵌段共聚物顆粒調(diào)控。當通道直徑Dch為63nm時，基于相應催化劑的單電池產(chǎn)生的初始最大功率密度為1230 mW cm−2，在H2/O2氣氛下循環(huán)30，0 00次后仍顯示出1120 mW cm−2的功率密度，證明其高耐久性，該性能優(yōu)于商用Pt/C催化劑(盡管Pt載量僅為Pt/C的1/20)。此外，在H2/空氣氣氛中循環(huán)30，0 00次后，催化劑仍顯示出出色的性能（51 kW g
Pt-1 )，這是迄今為止報道的最高性能。多孔碳顆粒的通道結(jié)構(gòu)和大的通道直徑Dch可以改善質(zhì)子和質(zhì)量傳輸動力學，這是功率密度大幅度提高的關(guān)鍵。
Figure 1. PtFe負載的介孔碳顆粒(CMC-PtFe)合成示意圖：具有開口的通道結(jié)構(gòu) ，不同的通道直徑Dch = 13, 23, 40, 和63 nm。
Figure 2. CMC顆粒的結(jié)構(gòu)表征。CMC顆粒在不同通道直徑Dch時的 a–d) TEM 圖和e–h) 橫截面 TEM圖。i) N2吸脫附曲線和 j) 孔徑分布。
Figure 3. CMC-PtFe 用作陰極時，單電池性能評估。a，d) 單電池的極化曲線和b，e）功率密度曲線。c）比較了BOL/EOL質(zhì)量活性。f) 比較了BOL/EOL每克Pt的功率。
Figure 4. Dch對質(zhì)子交換膜燃料電池傳質(zhì)的影響。a) 通過從H2/O2電池電壓中減去H2/空氣電池電壓獲得的O2增益。b) 所計算的動力學、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、HFR和質(zhì)量傳輸超電勢。
該研究工作由韓國科學技術(shù)研究院Bumjoon J. Kim和Hyunjoo Lee課題組于2021年發(fā)表在Adv. Energy Mater.期刊上。原文：Ultra-Low Pt Loaded Porous Carbon Microparticles with Controlled Channel Structure for High-Performance Fuel Cell Catalysts。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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