Forskere udvikler selektive elektrokatalysatorer for at øge ydeevnen for brændselsceller i methanol direkte

En forskergruppe fra Institute of Process Engineering (IPE), Det Kinesiske Videnskabsakademi, for nylig rapporteret om udviklingen af ​​en ny teknologi til at øge ydeevnen for direkte methanolbrændselsceller (DMFC'er) ved hjælp af højkoncentreret methanol som brændstof, kaster lidt lys over designet af rene og overkommelige alternative energikilder til bærbare elektriske enheder.

Når methanol, brændstoffet fra DMFC'er, krydser over fra anoden til katoden gennem protonudvekslingsmembranen (PEM), brændselscelleydelsen er væsentligt forringet, skaber et stort problem for kommercialisering af DMFC'er. Almindeligvis forskere bruger forskellige strategier til at forbedre DMFC -ydeevnen ved høje koncentrationer af methanol. Disse omfatter forbedring af brændstofindføringssystemet, membranudvikling, modifikation af elektroder, og vandforvaltning.

"Disse konventionelle strategier overvinder ikke grundlæggende den største hindring, men komplicerer uundgåeligt designet af DMFC'er og dermed øger deres omkostninger, "sagde Yang Jun, en IPE -professor. Arbejder med FENG Yan, en doktorand, og LIU Hui, en adjunkt, YANG brugte selektive elektrokatalysatorer til at køre en DMFC ved methanolkoncentrationer på op til 15 M, en alternativ metode til løsning af methanol -crossover i DMFC'er.

Anode- og katodekatalysatorerne for DMFC'er er almindeligt baseret på platin (Pt). Disse katalysatorer er ikke selektive for methanoloxidationsreaktionen (MOR) ved anoden eller oxygenreduktionsreaktionen (ORR) ved katoden. Med en dyb forståelse af mekanismerne for elektrodereaktioner i DMFC'er, forskerne designede og producerede ædelmetalbaserede heterogene elektrokatalysatorer med forbedret katalytisk aktivitet og høj selektivitet for MOR og ORR.

Opmuntrende, DMFC'erne fungerede ekstremt godt med methanol i høj koncentration som brændstof ved i tilstrækkelig grad at benytte den strukturelle entydighed og elektroniske koblingseffekter blandt de forskellige domæner i de ædelmetalbaserede heterogene elektrokatalysatorer.

Som vist i fig. 1, ternære Au-Ag2S-Pt nanokompositter med core-shell-shell strukturer viser overlegen anodeselektivitet på grund af den elektroniske kobling mellem deres forskellige domæner, mens Au-Pd-nanopartikler med kerneskal med tynde Pd-skaller udviser fremragende katodeselektivitet på grund af de synergistiske virkninger mellem deres Au-kerne og tynde Pd-skal.

Den fremstillede DMFC med selektive katalysatorer producerer en maksimal effekttæthed på 89,7 mW cm-2 ved en methanol-foderkoncentration på 10 M, og opretholder god ydeevne ved methanolkoncentrationer op til 15 M.

"Næste, vi vil optimere katalysatorernes samlede størrelse, f.eks., ved hjælp af Au nanoclusters med fine diametre som udgangsmaterialer for yderligere at forbedre aktiviteten/selektiviteten for DMFC -reaktioner, "sagde YANG. På denne måde, nye teknologier vil blive skabt for at forbedre designet af mere omkostningseffektive og effektive DMFC-systemer.