揭示介孔燃料电池催化剂载体的纳米结构以实现耐久高性能大功率输出
材料科学
2020-12-08 v1
摘要
在以低铂载量实现高功率性能和耐久性方面，质子交换膜燃料电池面临关键挑战。基于新型炭黑载体开发的PtCo催化剂通过同时提供良好的氧还原动力学和局部氧传输而展现潜力。我们利用三维电子断层扫描、氮气吸附和电化学性能测试，研究了纳米尺度形貌在以可接触(HSC-e和HSC-f)和传统(Ketjen Black)多孔碳为载体的这些催化剂性能中的作用。我们发现可接触多孔碳具有中空内部，其介孔比传统多孔碳更大且更多。然而，介孔尺寸的开口（宽度>2nm）过于稀少，不足以解释显著的氧传输。相反，我们提出氧进入内部的主要传输路径是透过渗透碳体的1-2nm微孔通道。可接触多孔碳中增加的介孔性导致穿过支撑壳层中收缩、弯曲微孔的扩散路径更短，从而降低局部氧传输阻力。在耐久性测试中，可接触多孔碳表现出更快的电化学表面积损失速率，可能源于较少能抑制粗化的收缩孔，但因其改善的局部氧传输在寿命末期仍保持更优的高电流密度性能。
引用
@article{arxiv.2012.02879,
title = {Revealing the Nanostructure of Mesoporous Fuel Cell Catalyst Supports for Durable, High-Power Performance},
author = {Matthew Ko and Elliot Padgett and Venkata Yarlagadda and Anusorn Kongkanand and David A. Muller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.02879},
year = {2020}
}
备注
26 pages, 7 figures, 1 table. Submitted to Journal of the Electrochemical Society