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離子液體在提高燃料電池催化劑反應(yīng)活性和耐久性方面的作用

2022-11-15 11:51  來源:中國(guó)氫能源網(wǎng)  瀏覽:  

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道:離子液體(Ionic liquids, ILs)的相關(guān)研究表明其具備潛力成為催化層中的添加劑,加快質(zhì)子交換膜燃料電池的氧化還原反應(yīng)。然而,需要對(duì)離子液體在復(fù)雜的催化劑層中扮演的角色,特別是在膜電極實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中的作用有基本的了解,以便合理設(shè)計(jì)高耐久性、高活性的鉑基催化劑。

圖1離子液體對(duì)碳載體孔隙結(jié)構(gòu)中質(zhì)子和氧氣傳輸行為的影響

近日,美國(guó)加州大學(xué)Iryna V. Zenyuk課題組探索了三種咪唑衍生的離子液體,其具備高質(zhì)子導(dǎo)電性和高氧溶解度等特性,并將它們加入到了高表面積的炭黑載體中。揭示了經(jīng)過離子液體改性的催化劑的物理性質(zhì)和電化學(xué)性能之間的相關(guān)性,為離子液體在改變催化劑層界面親水性/疏水性相互作用方面的作用提供了直接證據(jù)。相關(guān)論文已發(fā)表在國(guó)際知名雜質(zhì)Nature communications上。

通過優(yōu)化界面設(shè)計(jì)得到的催化劑在H2/O2測(cè)試條件下,0.9 V電壓下的質(zhì)量活性達(dá)到了347 A g−1Pt,在測(cè)試背壓為1.5 bar 的H2/air條件下,功率密度為0.909 W cm−2。在0.8 A cm−2的電流密度運(yùn)行條件下,經(jīng)過3萬(wàn)圈加速應(yīng)力測(cè)試循環(huán)后,電壓僅下降了0.11 V。這種性能歸功于離子液體的加入, 使得埋在孔內(nèi)的鉑能夠與氧氣和質(zhì)子接觸發(fā)揮催化活性,從而大幅提高鉑的利用率。

論文下載鏈接如下:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33895-5

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