资讯中心

苏州纳米所等在高性能燃料电池研究方面获进展

2023/6/2 10:25:18    13648
来源:中国科学院苏州纳米所
摘要:近日,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员周小春、崔义,大连理工大学教授宋玉江等在ACS Nano上发表了高比表面积、纳米尺寸有序Nafion阵列提高燃料电池性能、降低Pt催化剂载量的研究。
  【仪表网 研发快讯有序Nafion阵列因其在降低催化剂载量、提高燃料电池性能方面的巨大潜力引起了人们的广泛关注。目前,有序Nafion阵列的尺寸已经从最初的微米级减小到现在的亚微米级,纳米尺寸的有序Nafion阵列成为其发展的必然趋势。这主要是因为有序Nafion阵列尺寸的减小能够带来三个方面的提升:高的阵列密度提供更多的质子传递通道,高的比表面积提高催化剂的利用率,催化层与扩散层更多的接触位点减小界面传递阻力。但是,纳米尺寸有序Nafion阵列较低的机械强度给其制备以及应用都带来了极大的困难(图1)。

       近日,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员周小春、崔义,大连理工大学教授宋玉江等在ACS Nano上发表了高比表面积、纳米尺寸有序Nafion阵列提高燃料电池性能、降低Pt催化剂载量的研究。相较于已经报道的制备方法,该工作创新地通过Nafion乳液溶剂、Nafion阵列热退火温度,以及Nafion阵列剥离方式三个方面的研究实现了纳米尺寸有序Nafion阵列的制备(图2)。

        研究人员使用DMSO作为Nafion乳液溶剂,并在140℃下进行热退火处理,显著提高了纳米尺寸有序Nafion阵列的机械强度,其机械强度高达17.5 MPa,并高于商业Nafion 212的11.9 MPa。进一步,边缘刻蚀的方式避免了纳米尺寸有序Nafion阵列剥离过程中大量氢气的产生与聚集,以及较高氢气压力对于Nafion阵列的破坏和Nafion膜的穿孔。该研究成功制备了高机械强度、形貌完好的纳米尺寸有序Nafion阵列(图3)。

       成功制备的纳米尺寸有序Nafion阵列的直径仅为40 nm(D40),密度高达2.7×1010柱/cm2,远高于文献中已经报道的Nafion阵列的密度。高密度的Nafion阵列提供了丰富的质子传递通道,有利于催化层内质子传递阻力的降低。其次,比表面积高达51.5 cm2/cm2,为催化剂的负载提供了较大的比表面积,有利于催化剂利用率的提高(图4)。

        此外,纳米尺寸有序Nafion阵列的尺寸优势在燃料电池上得到了很好的证明。有序Nafion阵列作为阳极一侧时,相较于尺寸更大的D400(400 nm)、D100(100nm),D40峰值功率密度最高,高达1.47 W/cm2(图5),与此同时,催化剂载量仅为17.6 μgPt/cm2。此外,D40用于阴极一侧,在61.0 μgPt /cm2的载量下,峰值功率密度可以达到1.29 W/cm2。与已经报道的文献相比,纳米尺寸有序Nafion阵列无论应用于阳极一侧还是阴极一侧,均能够在较低的催化剂载量下获得较高的峰值功率密度。此外,该工作还为电解水和电合成催化层的合理设计提供指导。

       相关研究工作得到国家重点研发计划、中国博士后基金、苏州市碳达峰碳中和科技支撑重点专项等项目资助。

       中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所(简称中科院苏州纳米所)成立于2006年,由中国科学院与江苏省人民政府、苏州市人民政府和苏州工业园区共同出资创建,位于苏州工业园区独墅湖科教创新区内。中科院苏州纳米所根据中国科学院调整科技布局的规划,面向国际科技前沿、国家战略需求与未来产业发展,开展相关领域基础性、战略性、前瞻性研究。建设公共技术平台,为中国现代制造业与高新技术产业发展不断提供新的知识与技术,发挥国家研究机构的骨干与引领作用。

 

全部评论

上一篇:上海计量院一检测方法获上海市职工先进操作法优秀成果奖

下一篇:青岛能源所等发明基于拉曼组原理的益生菌单细胞质检技术

相关新闻
热门视频
相关产品
写评论...