本报讯(见习记者孙丹宁)近日,中科院大连化学物理研究所研究员王素力和研究员孙公权 团队在高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEMFC)低界面传质阻力多孔电极设计构建研究方面 取得新进展。团队基于多孔电极表面能调控,实现了非连续磷酸液-固界面层的可控构建,并阐释 了该界面结构在工况下的演化机制与规律。相关研究成果发表于《科学进展》。
高纯度氢气在制取、存储、运输及加注方面存在技术瓶颈。在HT-PEMFC 中,由于运行温度 升高,电极对毒化组分耐受能力大幅提升。如果HT-PEMFC 技术实现醇类、汽柴油等液态燃料重 整制氢产物的直接利用,有望从根本上解决燃料储运问题。但与发展较为成熟的低温聚合物电解 质膜燃料电池相比,HT-PEMFC 的面积比功率仅为其1/3 至1/2,严重制约了工程应用与商业化进 程。
针对上述挑战,团队基于近年来在HT-PEMFC 磷酸界面构建与演化机制方面的研究成果,提 出了通过多孔电极表面能调控的方法,建立了磷酸非均匀聚集与浸润的全新界面结构,并结合静 电纺丝与电化学刻蚀手段,在微纳尺度实现了纤维多孔电极的超疏酸构建。随后,团队利用原位 环境扫描电镜技术,观察到模拟工况条件下磷酸液滴在多孔电极内的聚集分布,在实际多孔电极 中实现了“非连续”液态磷酸界面层构建,颠覆了传统多孔电极的磷酸均匀浸润模式。该界面结 构大幅降低了液态磷酸对催化活性位点的覆盖厚度,进而显著降低了界面传质阻力。
与传统电极相比,该多孔纤维电极组装的HT-PEMFC 膜电极峰值功率密度提高了28%,展 现了该类燃料电池的实际应用潜力。
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