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开发了选择性电催化剂以提高直接甲醇燃料电池的性能

发布时间:2019-01-31 17:26:34 来源:

中国科学院过程工程研究所(IPE)的一个研究小组最近报道了一项新技术的开发,该技术旨在提高使用高浓度甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)的性能,从而为设计提供了一些启示便携式电子设备的清洁和负担得起的替代能源。

当甲醇(DMFC的燃料)通过质子交换膜(PEM)从阳极穿过阴极到达阴极时,燃料电池性能显着降低,这对DMFC的商业化造成了主要问题。通常,科学家们使用各种策略来提高高浓度甲醇的DMFC性能。这些包括改进燃料供给系统,膜开发,电极改性和水管理。

“这些传统策略并没有从根本上克服关键障碍,但不可避免地使DMFC的设计复杂化,从而增加了成本,”IPE教授杨军说。与博士生冯燕和助理教授刘辉合作,使用选择性电催化剂运行甲醇浓度高达15 M的DMFC,这是解决DMFC中甲醇交叉的另一种方法。

DMFC的阳极和阴极催化剂通常基于铂(Pt)。这些催化剂对阳极的甲醇氧化反应(MOR)或阴极的氧还原反应(ORR)没有选择性。通过对DMFC中电极反应机理的深入了解,研究人员设计并生产了具有增强催化活性和对MOR和ORR的高选择性的贵金属基非均相电催化剂。

令人鼓舞的是,通过充分利用贵金属基非均相电催化剂的不同区域之间的结构独特性和电子耦合效应,DMFC在高浓度甲醇作为燃料的情况下运行良好。

具有核 - 壳 - 壳结构的三元Au-Ag2S-Pt纳米复合材料由于其不同区域之间的电子耦合而显示出优异的阳极选择性,而具有薄Pd壳的核 - 壳Au-Pd纳米颗粒由于其之间的协同效应而表现出优异的阴极选择性。他们的Au核和薄Pd壳。

制备的具有选择性催化剂的DMFC在甲醇进料浓度为10M时产生最大功率密度为89.7mW cm-2,并且在甲醇浓度高达15M时保持良好的性能。

“接下来,我们将优化催化剂的总体尺寸,例如,使用具有细直径的Au纳米团簇作为起始材料,以进一步提高DMFC反应的活性/选择性,”YANG说。通过这种方式,将创建新技术,以帮助改进更具成本效益和效率的DMFC系统的设计。

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