Kulstofbaserede understøtninger til elektrokatalyse under industrielt relevante forhold

Kulstofmaterialer er på grund af deres passende fysisk-kemiske egenskaber såsom stort overfladeareal, justerbar porestruktur, variabel morfologi og multifunktionelle overfladeegenskaber baseret på kemiske modifikationer, lave omkostninger og lette fremstilling fra forskellige prækursorer ideelle bærematerialer til funktionelle metalkomponenter .

Især i elektrokemiske systemer (såsom protonudvekslingsmembranbrændselsceller, PEMFC og protonudvekslingsmembranvandelektrolyse, PEMWE), spiller kulstofmaterialer en afgørende rolle, fordi de kan tjene som ledende bærere for aktive metalkomponenter.

Men i den hurtigt voksende litteratur inden for elektrokatalyse fokuserer de fleste undersøgelser typisk på funktionelle metal- eller metaloxidkomponenter understøttet af kommercielt kulstof. Kulstofmaterialers rolle som understøtninger og deres indvirkning på katalytisk ydeevne har ikke fået tilstrækkelig opmærksomhed, hvilket berettiger mere forskningsindsats fra både den akademiske verden og industrien.

Denne anmeldelse, offentliggjort i tidsskriftet Science China Chemistry , blev ledet af prof. Wei Lin (SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing) og prof. Lichen Liu (Kemiafdelingen, Tsinghua University).

Prof. Wei Lin og Prof. Lichen Liu forsøgte at nærme sig emnet fra et industrielt perspektiv ved at diskutere nøgleparametre, der direkte kan måles eller studeres i eksperimenter for at afsløre sammenhængen mellem syntese-struktur og ydeevne.

Papiret introducerer og forklarer systematisk anvendelsen af ​​kulstofbærermaterialer i det elektrokemiske område under industrielt relevante forhold og de eksisterende udfordringer og fremtidige gennembrudsretninger fra seks aspekter:elektrokemisk ledningsevne, kemisk sammensætning, stabilitet under industrielle forhold, masseoverførsel, bulksyntese, og dybdegående forståelse.

Endelig foreslår forfatterne, baseret på deres viden og erfaring fra industrielle F&U-aktiviteter, følgende kritiske standarder, som kulstofbærere i praktiske elektrokatalytiske enheder skal opfylde:(1) specifikt overfladeareal> 60 m²/g; (2) elektrisk resistivitet <2,5 Ω·m; (3) primær carbonpartikelstørrelse <50 nm; (4) genanvendelighed over 5000 cyklusser (ved 1,0-1,5V); (5) koster under $4000/ton.

Specifikt foreslår forfatterne også en primær kulstofpartikelstørrelse <50 nm, da mindre partikler kan forbedre ledningsevne og viskositet, forbedre vejrbestandighed, give bedre forstærkning og øge trækstyrke og slidstyrke. Derudover er mindre partikelstørrelse korreleret med et større specifikt overfladeareal, hvilket letter tæt platinbelastning og konstruktionen af ​​tynde katalysatorlag.

Disse nøgleindikatorer kan tjene som vejledende parametre for udviklingen af ​​avancerede kulstofbærere til PEMFC- og PEMWE-enheder. Den første forfatter til papiret er Dr. Xue Yang fra Sinopec Research Institute of Petroleum Processing.

Flere oplysninger: Xue Yang et al., Carbon-baserede understøtninger til elektrokatalyse under industrielt relevante forhold, Science China Chemistry (2023). DOI:10.1007/s11426-023-1887-7

Leveret af Science China Press