Ny strategi forbedrer perovskites iltreduktionsydelse i brintbrændselsceller

En forskergruppe har rapporteret om en ny metode til at forbedre det elektrokemiske overfladeareal (ECSA) i en calcium-doteret perovskit, La_0,6 Ca_0,4 MnO₃ (LCMO64), og derved overvinde en fælles flaskehals i anvendelsen af ​​perovskitoxider som elektrokatalysatorer i brintbrændselsceller.

Detaljer om resultaterne blev rapporteret i tidsskriftet Advanced Materials den 29. november 2023.

Perovskitoxider udviser interessante og forskellige egenskaber, hvilket gør dem værdifulde i forskellige teknologiske anvendelser. Deres høje iboende aktiviteter placerer dem også som et lovende alternativ til ædelmetalkatalysatorer til effektivt at katalysere oxygenreduktionsreaktionen (ORR). Imidlertid er deres anvendelse stadig hæmmet af deres dårlige elektriske ledningsevne og lave specifikke overfladeareal.

"Vores elektrokemisk inducerede calcium-udvaskningsproces øgede ECSA i LCMO64 kraftigt," påpeger Hao Li, lektor ved Tohoku Universitys Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) og den tilsvarende forfatter til papiret. "Den aktiverede, calciummangelfulde LCMO64 udviste en ECSA, der var ca. 33,84 % højere end den for uaktiverede materialer, hvilket viste overlegen elektrokatalytisk ORR-ydeevne - som overgik den benchmark kommercielle Pt/C-katalysator i en alkalisk opløsning."

For at teste materialets benchmarks udførte Li og hans kolleger teoretisk analyse sammen med elektrokemisk overfladetilstandsondering og pH-afhængig mikrokinetisk modellering. Resultaterne antydede, at denne katalysator når Sabatier-optimum for alkalisk ORR.

Denne forskning er første gang, en strategi, der involverer calcium (Ca)-doping, er blevet anvendt til at overvinde udfordringer forbundet med lav ledningsevne og overfladeareal i perovskitoxider. Det unikke fænomen med Ca-udvaskning observeret under ORR-forhold resulterer i en højere overfladeruhed, hvilket markant udvider det tilgængelige overfladeareal for ORR og derved øger katalysatorens ydeevne.

"At finde billige og effektive elektrokatalysatorer til ORR i brintbrændselsceller har været en betydelig udfordring," tilføjer Li. "Vores arbejde adresserer ikke kun denne udfordring, men tilbyder også en ny strategi til at forbedre den elektrokatalytiske ydeevne af perovskitoxider. Dette gennembrud har vidtrækkende konsekvenser for den udbredte anvendelse af brintbrændselscelleteknologi."

Flere oplysninger: Qun Li et al, Kation-deficiente perovskites forbedrer i høj grad den elektrokatalytiske aktivitet for iltreduktionsreaktion, Avancerede materialer (2023). DOI:10.1002/adma.202309266

Leveret af Tohoku University