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前沿技術(shù)丨大連化物所開(kāi)發(fā)高溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池抗磷酸流失高耐久性膜電極

  • 分類(lèi):行業(yè)新聞
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  • 發(fā)布日期:2024-05-29
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[Descripción resumida]

前沿技術(shù)丨大連化物所開(kāi)發(fā)高溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池抗磷酸流失高耐久性膜電極

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Detalles

近日,中國(guó)科學(xué)院大連化物所燃料電池研究部醇類(lèi)燃料電池及復(fù)合電能源共性核心技術(shù)研究組(DNL0311組)王素力研究員和孫公權(quán)研究員團(tuán)隊(duì)在高溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(HT-PEMFCs)高耐久性膜電極研究方面取得新進(jìn)展。

 

 HT-PEMFCs運(yùn)行溫度高(150至200 ℃),具有較強(qiáng)的耐CO毒化能力、簡(jiǎn)單的水熱管理等優(yōu)勢(shì),在中遠(yuǎn)途重型車(chē)輛、船舶動(dòng)力電源等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。HT-PEMFCs可實(shí)現(xiàn)高溫運(yùn)行的關(guān)鍵在于其使用磷酸作為質(zhì)子傳導(dǎo)的媒介。但由于在高負(fù)載(>0.4A cm-2)運(yùn)行條件下,磷酸遷移的流失限制了電池比功率的提升,同時(shí)也限制了電池耐久性的提升。

 本工作中,研究團(tuán)隊(duì)在前期磷酸/電催化劑和粘結(jié)劑界面結(jié)構(gòu)、非連續(xù)磷酸液-固界面結(jié)構(gòu)可控構(gòu)建等研究(Science Advances,2023;J. Energy Chem.,2022)基礎(chǔ)上,提出了利用導(dǎo)電聚吡咯與磷酸之間的作用構(gòu)建磷酸緩沖層從而減緩磷酸流失的策略,提升了HT-PEMFCs耐久性,在嚴(yán)苛的加速應(yīng)力測(cè)試后,該電池在1.0A/cm2工況條件下的輸出電壓未見(jiàn)明顯衰減,而傳統(tǒng)電極下降了81.8%。此外,團(tuán)隊(duì)通過(guò)三維X射線顯微技術(shù)(3D-XRM)重建和分析膜電極中磷酸再分配發(fā)現(xiàn),磷酸遷移流失及其導(dǎo)致的催化劑層結(jié)構(gòu)變化是高負(fù)載運(yùn)行條件下傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電池性能降低的主要原因。本工作提出的“蓄酸池”策略為HT-PEMFC在重型交通工具動(dòng)力電源方面的應(yīng)用提供了有利的技術(shù)支撐。

 

       相關(guān)研究結(jié)果以“Conquering Heavy-Loading Decay of High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells with a Conductive Polymer-Based Phosphoric Acid Reservoir”為題,發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)能源快報(bào)》(ACS Energy Letters)上。該工作的第一作者是大連化物所DNL0311組博士研究生張子楠。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。(文/圖 張子楠、夏章訊)

 

文章鏈接:

   https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c00337 

 

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高溫甲醇燃料電池是將儲(chǔ)存于甲醇燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N電化學(xué)反應(yīng)裝置。甲醇經(jīng)燃料處理器轉(zhuǎn)換為富氫燃料氣直接進(jìn)入燃料電池電堆,氫氣在陽(yáng)極區(qū)電催化劑的作用下氧化釋放出電子和質(zhì)子,其中質(zhì)子經(jīng)電解質(zhì)膜傳導(dǎo)至陰極區(qū)。電子通過(guò)外電路做功并傳導(dǎo)至陰極區(qū),與到達(dá)陰極區(qū)的質(zhì)子和氧氣在陰極電催化劑的作用下發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)生成水。

 

 

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